Το Σύμπαν έχει φτιάξει σχεδόν όλα τα αστέρια που θα κάνει ποτέ

Ο ανθρώπινος κόσμος μας είναι εμποτισμένος στο φως. Για αρχή, υπάρχουν τα 100.000 τρισεκατομμύρια φωτόνια που φτάνουν κάθε δευτερόλεπτο σε κάθε τετραγωνικό εκατοστό της επιφάνειας της ημέρας της Γης, αφού τρέχουν εδώ από το εξωτερικό περίβλημα ενός φυσικού γιγάντιου θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα που ονομάζουμε ήλιο. Υπάρχουν επίσης τα φωτόνια που κλείνουν με φερμουάρ σε κάθε κυβικό εκατοστό ανοιχτού χώρου. Μερικά από αυτά είναι τα υπολείμματα μικροκυμάτων από την καυτή Μεγάλη Έκρηξη πριν από περισσότερα από 13 δισεκατομμύρια χρόνια, άλλα είναι τα φωτόνια που παράγονται σε μακρινά αστέρια και αναρίθμητα αστροφυσικά γεγονότα σκορπισμένα σε όλο το σύμπαν.

Επίσης, λουζόμαστε από τοπική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που προέρχεται από τη βιοτεχνία. Εμείς οι ζεστοί, στριμωγμένοι άνθρωποι είμαστε ισχυροί υπέρυθροι φάροι. Ο φανταχτερός χημικός μεταβολισμός μας ρίχνει ενέργεια ως θερμότητα, εκπέμποντας φωτόνια στο περιβάλλον. Αν μπορούσατε να ενεργοποιήσετε γυαλιά ευαίσθητα στα υπέρυθρα μήκη κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, θα βρίσκατε έναν κόσμο εξαιρετικά λαμπερό:από το φως που δημιουργείτε μόνοι σας μέχρι το φως που αναβοσβήνει από τους σκύλους, τις γάτες, τους παπαγάλους σας, ακόμα και τους μικροσκοπικούς μύες των εντόμων που χτυπούν μανιωδώς. .

Ωστόσο, καθώς κοιτάζουμε πέρα, στον κόσμο, γίνεται όλο και πιο προφανές ότι η κορεσμένη από το φως ύπαρξή μας είναι ίσως λίγο ασυνήθιστη. Μια από τις μεγαλύτερες ενδείξεις για αυτό το γεγονός μας κοιτάζει κατάματα κάθε φορά που ο ήλιος δύει και ο ουρανός σκοτεινιάζει. Εάν ζούσαμε σε ένα πραγματικά ατελείωτο και αμετάβλητο σύμπαν, τότε θα περιμέναμε ότι θα υπήρχαν γαλαξίες αστεριών προς κάθε κατεύθυνση που κοιτάζαμε, όλοι στοιβαγμένοι σε άπειρη πρόοδο, έτσι ώστε να μην υπάρχει μέρος χωρίς ορατό φως.

Στην κοσμολογία αυτό είναι γνωστό ως το παράδοξο του Olbers, μετά από εργασία του Γερμανού αστρονόμου Heinrich Olbers το 1823. Παρά το γεγονός ότι έκανε αξιοπρεπή δουλειά στη μαθηματική διατύπωση ενός από καιρό αναγνωρισμένου παζλ, ο ίδιος ο Olbers απέτυχε να προσφέρει μια καλή λύση για το γιατί η ουράνια σφαίρα ήταν κυρίως σκοτεινό, αφήνοντας χώρο σε κανέναν άλλον εκτός από τον Έντγκαρ Άλεν Πόε να βάλει τα πράγματα στη σωστή κατεύθυνση το 1848. Η ποιοτική διορατικότητα του Πόε ήταν ότι ίσως το σύμπαν απλά δεν ήταν αρκετά παλιό για να γεμίσει τον ουρανό με φως.

Η σύγχρονη επίλυση του παραδόξου περιέχει κάποιες λεπτές αποχρώσεις, αλλά όντως οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι δεν ζούμε σε ένα ατελείωτο και αμετάβλητο σύμπαν. Όχι μόνο το σύμπαν έχει μια πεπερασμένη ηλικία, αλλά έχει μια πολύπλοκη ιστορία δημιουργίας αστεριών (με πεπερασμένη διάρκεια ζωής) και υφίσταται μια διαστολή που αραιώνει την ένταση του φωτός που μας φτάνει από μακρινά μέρη. Κατά συνέπεια, ο ουρανός μας δεν είναι ομοιόμορφα φωτεινός στα μάτια μας και το μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος είναι λιμοκτονημένο από φωτόνια σε σύγκριση με τις καθημερινές μας περιστάσεις.

Ωστόσο, η ιστορία δεν τελειώνει εκεί, επειδή η αστρική ιστορία έχει μερικές περίεργες στροφές, που σχετίζονται με τον πραγματικό σχηματισμό των αστεριών εξαρχής. Ενώ έχουμε μια αρκετά ισχυρή (αν και ακόμη ατελής) κατανόηση των βασικών φυσικών οδηγών και διεργασιών που οδηγούν στην ύπαρξη μεμονωμένων αστέρων ή ομάδων αστεριών - ξεκινώντας με τη βαρυτική συσσώρευση και την κατάρρευση της διαστρικής ύλης - όταν πρόκειται για ολόκληρους πληθυσμούς αστέρια στους γαλαξίες τα πράγματα είναι μάλλον πιο δύσκολα.

Έρευνα τα τελευταία 30 περίπου χρόνια έχει αποκαλύψει ότι ο σχηματισμός αστεριών σε όλο το σύμπαν έφτασε σε εκτεταμένη αιχμή δραστηριότητας περίπου 10 έως 11 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Από εκείνη την εποχή, ενώ νέα αστέρια σίγουρα εξακολουθούν να παράγονται, ο ρυθμός παραγωγής έχει μειωθεί δραματικά. Τόσο πολύ που φαίνεται ότι η μεγάλη πλειονότητα των αστεριών που θα κάνει ποτέ το σύμπαν —ίσως το 95 τοις εκατό από αυτά— έχουν ήδη δημιουργηθεί. Το μέλλον είναι ένα από τα ολοένα και μειούμενους αριθμούς αστρικών νεογέννητων, που σημειώνονται από περιστασιακές αναταραχές καθώς συγχωνεύονται γαλαξίες ή συμβαίνουν άλλα γεγονότα ενεργοποίησης.

Αλλά υπάρχει ένα μεγάλο παζλ εδώ. Τι ακριβώς θέτει ένα ανώτατο όριο στον αριθμό των αστεριών που έχει φτιάξει και θα κάνει ποτέ το σύμπαν; Αυτό το ερώτημα αποτελεί εδώ και καιρό αντικείμενο έντονης αστροφυσικής συζήτησης, ιδιαίτερα σε σχέση με την αστρική σύνθεση μεμονωμένων γαλαξιών. Για παράδειγμα, το σημερινό μας κοσμολογικό παράδειγμα (ή τουλάχιστον αυτό που προσυπογράφουν οι περισσότεροι επιστήμονες) είναι ότι ζούμε σε ένα σύμπαν που κυριαρχείται από τη σκοτεινή ύλη, και σε ένα σύμπαν της σκοτεινής ύλης οι μεγαλύτεροι γαλαξίες θα έπρεπε να είχαν σχηματιστεί πιο πρόσφατα, συναρμολογημένοι από η ιεραρχική, βαρυτικά καθοδηγούμενη συγχώνευση μικρότερων συστημάτων. Ωστόσο, αν εξετάσετε πολύ μεγάλους, τεράστιους γαλαξίες, θα διαπιστώσετε ότι τείνουν να αποτελούνται από παλαιότερα αστέρια, υποδηλώνοντας ότι έχουν ήδη κάτσει στη θέση τους για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα.

Για να προσπαθήσουν να το εξηγήσουν αυτό, οι αστρονόμοι επικαλούνται την ιδέα της «σβέσης», όπου κάτι δρα για να καταστείλει ή να σταματήσει το σχηματισμό νέων άστρων στους γαλαξίες. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι χρειάζεστε έναν αρκετά ισχυρό μηχανισμό για να σβήσετε οτιδήποτε σε αυτές τις κλίμακες, και μεταξύ των πιο εύλογων ενόχων είναι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που υπάρχουν στον πυρήνα των περισσότερων γαλαξιών και οι οποίες μπορούν να πλημμυρίσουν τον χώρο γύρω τους με φωτόνια και σωματίδια που εκπέμπονται από υλικό καθώς ουρλιάζει προς τους ορίζοντες γεγονότων τους. Αυτή η εξωτερική μεταφορά ενέργειας μπορεί, κυριολεκτικά, να εκτοξεύσει το διαστρικό αέριο που διαφορετικά θα ψύχθηκε και θα συσσωρευόταν σε νέα αστέρια.

Οι ακριβείς λεπτομέρειες για το πώς αυτό μπορεί να λειτουργήσει σίγουρα δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητές. Αλλά υπάρχουν νέες δελεαστικές ενδείξεις για το γεγονός ότι οι μάζες των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών φαίνεται να συσχετίζονται με τη μάζα των αστεριών που περιέχονται στους γαλαξίες-ξενιστές τους. Αυτό είναι αρκετά σοκαριστικό γιατί ακόμη και μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα ένα δισεκατομμύριο φορές η μάζα του ήλιου μας καταλαμβάνει μόνο όγκο παρόμοιο με αυτόν του ηλιακού μας συστήματος. Έτσι, κατά κάποιο τρόπο, ένας γαλαξίας που εκτείνεται σε δεκάδες χιλιάδες έτη φωτός σχετίζεται στενά με αυτό που είναι, στην πραγματικότητα, μια μικροσκοπική κουκκίδα στο κέντρο του.

Μια προτεινόμενη εξήγηση είναι ότι υπάρχει ένα είδος παλμικού συστήματος ανάδρασης. Εάν οι μαύρες τρύπες μεγαλώνουν καταβροχθίζοντας την ίδια εισροή διαστρικής ύλης που δημιουργεί νέα αστέρια, αυτό μπορεί να προκαλέσει αυτές τις πλημμύρες εξερχόμενης ενέργειας, σπρώχνοντας ταυτόχρονα την τροφή της μαύρης τρύπας μακριά και σβήνοντας το σχηματισμό άστρων σε έναν ολόκληρο γαλαξία - διατηρώντας τις μάζες των τρυπών και ο συνολικός αριθμός των αστεριών σε μια σταθερή αύξηση κατά τη διάρκεια της ιστορίας τους.

Και εκεί βρίσκεται ένα από τα πιο περίεργα χαρακτηριστικά των μαύρων τρυπών. Παρά το γεγονός ότι είναι «μονόδρομοι» στον Κόσμο - οι εσωτερικές παραμορφώσεις του χώρου και του χρόνου που καλύπτονται από ορίζοντες γεγονότων που δεν επιτρέπουν τίποτα να επιστρέψει - οι μαύρες τρύπες μπορούν επίσης να τροφοδοτήσουν μερικά από τα πιο φωτεινά και εκτεταμένα φαινόμενα στο παρατηρήσιμο σύμπαν. Φαινόμενα που, με τη σειρά τους, πιθανότατα έχουν δράσει για να περιορίσουν βαθιά τον αριθμό των αστεριών που μπορεί να έχει το σύμπαν. να παίξει ρόλο στο σβήσιμο του συσσωρευμένου φωτός του σύμπαντος. Είναι ένα παλιό ρητό ότι δεν μπορείς να έχεις φως χωρίς σκοτάδι, και για το σύμπαν είναι επίσης πολύ αλήθεια ότι δεν μπορείς να έχεις σκοτάδι χωρίς φως.

Ο Caleb Scharf είναι αστροφυσικός, διευθυντής αστροβιολογίας στο Πανεπιστήμιο Columbia στη Νέα Υόρκη και ιδρυτής του yhousenyc.org, ενός ινστιτούτου που μελετά την ανθρώπινη και τη μηχανική συνείδηση. Το τελευταίο του βιβλίο είναι The Zoomable Universe:An Epic Tour Through Cosmic Scale, από σχεδόν τα πάντα έως σχεδόν τίποτα.

Αναφορές

1. Heinrich, B. Θερμορύθμιση σε ενδόθερμα έντομα. Επιστήμη 185 747-756 (1974).

2. Madau, P. &Dickinson, M. Cosmic star-formation history. Ετήσια Επιθεώρηση Αστρονομίας και Αστροφυσικής 52 , 415-486 (2014).

3. Sobral, D., et al. Μια μεγάλη έρευνα Hα σε z =2,23, 1,47, 0,84 και 0,40:η 11 Gyr εξέλιξη των γαλαξιών που σχηματίζουν αστέρια από το HiZELS. Μηνιαίες ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας 428 , 1128-1146 (2013).

4. Man, A. &Belli, S. Σχηματισμός αστέρων που σβήνει σε τεράστιους γαλαξίες. Αστρονομία της φύσης 2 , 6950697 (2018).

5. Stephens, T. Πώς πεθαίνουν οι γαλαξίες:Νέες ιδέες για την απόσβεση του σχηματισμού άστρων. news.ucsc.edu (2020).

Πρώτη εικόνα:Vadim Sadovski / Shutterstock