Ale to jeszcze nie koniec (choć parowanie już trwa). Rozpatrzmy jeszcze jeden aspekt sprawy. Tym razem na boku (może w zanadrzu) pozostawiamy hipotetyczną masę ujemną i odpychanie grawitacyjne. Zajmiemy się obrotem gwiazdy (lub innego obiektu). Nie chodzi o rotujące (już gotowe i opisane) czarne dziury, których pełno w literaturze przedmiotu (nawet jeśli w rzeczywistości nie istnieją), a o obiekty, które ewentualnie mają się nimi stać. Przykład stanowi tu Słońce (jako gwiazda zbadana najlepiej). Trudno uznać je za ciało sztywne. Świadczy o tym zróżnicowanie prędkości kątowej jego rotacji w zależności od szerokości heliograficznej. Największa jest na równiku, przy czym prędkość liniowa tutaj równa jest około 2 km/s. Odpowiada to okresowi obrotu równemu około 25 dni.
Prędkość rotacji gwiazdy stanowić może określone kryterium istnienia układu planetarnego. Znaczna część momentu pędu układu przypada wówczas bowiem na planety. Bez planet, można sądzić, rotacja gwiazdy powinna być dużo szybsza. W ostatnim czasie badania gwiazd i ich układów, szczególnie dzięki obserwacjom satelitarnym, zyskały na efektywności i znaczeniu. Odkryte zostały liczne (już) układy planetarne. Ale to dopiero początek. Dziś już wiemy, że właściwie prawie każdą gwiazdę okrążają planety. Pośrednio wskazuje to na słuszność przyjętych dziś hipotez opisujących genezę układów planetarnych. Gwiazd szybko rotujących jest zatem stosunkowo mało. Tak w każdym razie można sądzić. Istotnym dla nas jest fakt rotacji, choćby spowolnionej, jak w przypadku Słońca. Każda gwiazda rotuje. Załóżmy, że gwiazda zapada się grawitacyjnie (w celu zostania czarną dziurą). Jej promień zmniejsza się, choć przy zachowannym momencie pędu. Przy testowaniu tym pomijam to, że, by zostać (ewentualnie) czarną dziurą, gwiazda powinna po drodze ewoluować, a nawet wybuchnąć. Pomijam tu procesy nukleosyntezy, przez które każda gwiazda przejść musi, zanim stanie się kandydatką na czarną. Niech jest gwiazda kulą materii, poddaną jedynie imperatywom grawitacyjnym. Choć bije to w miarodajność naszego testowania, warto je podjąć, zważywszy na korzyści, choćby natury pedagogicznej. Choć jest to uproszczenie, stwarzamy tym także określone warunki pierwotne dla modelowania rozwoju z uwzględnieniem paramertów uwarunkowanych przez rzeczywistą, strukturalną zawartość układu: elektrony, protony, neutrony i to, co się z nimi dzieje, szczególnie przy wysokich temperaturach i ciśnieniach. My jednak ograniczymy się jedynie do opisu bardziej całościowego. Zgodnie z zapowiedzią rozważmy więc, jak rozwija się układ w przypadku rotacji i w miarę grawitacyjnego zapadania się. Dla uproszczenia nie mającego wpływu na ostateczny wynik rozumowania, przyjmijmy najpierw, że gwiazda (lub inny obiekt) jest ciałem sztywnym (niech uśredniona prędkość kątowa jej rotacji wyznacza jej równikową prędkość liniową), jest kulą.
To duże uproszczenie (dla ułatwienia obliczeń), ale to wystarczy wobec celu, jaki sobie wytyczyliśmy (pomimo, że ilość niechybnie przechodzi w jakość). Te „szkolne” obliczenia mogą być zaproszeniem dla młodych. Są one także wyzwaniem, by nie powiedzieć: prowokacją, a rzeczowa dyskusja, jaką spowodują (w mym mniemaniu), przyczyni się do pogłębienia wiedzy, poprzez wskazanie jeszcze jednego aspektu sprawy. To jeden ze sposobów oddziaływania pedagogicznego, myślę, że czegoś wart. [Niczego nowego tu nie wymyślam.]
Wyznaczymy jej moment pędu (wystarczy, że w sposób skalarny):
gdzie: I – moment bezwładności bryły, dla kuli równy, jak wiadomo: I = 2/5MR2
(względem osi przechdzącej przez jej środek); w - prędkość kątowa. Jeśli gwiazda odizolowana jest od wpływów zewnętrznych, jej moment pędu jest zachowany. W odniesieniu do różnych chwil słuszne jest równanie:
Jest ono równoważne równaniu:
które otrzymujemy podstawiając wzór na moment bezwładności (zapisany powyżej), oraz bazując na znanym związku między prędkością liniową v (z naszego wyboru, równikową), a kątową prędkością rotacji, którą wyraża wzór: ω = v/R. Nasza gwiazda ma stać się w pewnym momencie czarną dziurą. Jej promień więc z chwilą gdy się nią staje, jest promieniem Schwarzschilda (zakładamy, że dalej jest kulą): R2 = 2GM/c2. Stosując wzór (5)
otrzymujemy więc:
Prędkość ta oczywiście jest mniejsza od prędkości światła, z czego wynika, że:
W przypadku gwiazdy „identyfikującej się” ze Słońcem, dzisiejsza prędkość liniowa (na równiku) nie mogłaby być większa (nawet równa) od 1,27·103m/s = 1,27km/s, czyli mniej, niż w przypadku Słońca (ok. 2 km/s). Zgodnie z kryterium tym zatem, niezależnie zresztą od kryterium masy podanego w pierwszej części tego eseju, Słońce nie może stać się czarną dziurą, nawet tą newtonowską. Zgodnie z tą konkluzją, czarną dziurą nie może się stać nawet gwiazda bardzo masywna, jeśli wiruje zbyt szybko.
Zmodelujemy teraz zapaść grawitacyjną gwiazdy rotującej zbyt szybko. To oczywiście model uproszczony. Jest gwiazdą zaawansowaną ewolucyjnie, paliwo jądrowe w znacznej części już wyczerpało się. Grawitacja ściąga materię ku środkowi, rozmiary redukują się. Prędkość jej rotacji rośnie (zgodnie z równaniem (5)). Ewentualnych efektów relatywistycznych jednak tutaj nie musimy brać pod uwagę. Nie zdążą się pojawić. Powoduje to, że gwiazda choćby była nie wiem jak sztywna, odkształca się przyjmując formę elipsoidy obrotowej. O czarnodziurowaniu, przynajmniej w tej fazie, nie ma mowy. Promień równikowy maleje wolniej, niż osiowy, gwiazda coraz bardziej spłaszcza się. W pewnym momencie część równikowa odrywa się. Tworzy się efektowny „dymny obwarzanek”, podobny do tych, którymi popisują się palacze. Przebieg zjawiska powinien być chyba jednak bardziej złożony. Można przypuszczać, że część biegunowa (z obydwu stron), podczas szybkiej rotacji zapadła się. Starcie się przeciwbieżnych strumieni materii spowodować mogło zainicjowanie gdzieś tam głęboko reakcji jądrowej. Wybuch w centralnej części gwiazdy spowodować musiał parcie na zewnątrz, we wszystkich zresztą kierunkach. Materia z okolic równika (już oddalona od centrum), otrzymała dodatkowy push na zewnątrz. I tak powstał ten obwarzanek. Wybuch spowodował też erupcję materii w kierunku biegunowym. To, co pozostaje, to gwiazda o dużej stosunkowo gęstości i stosunkowo wysokiej temperaturze (bo to przecież jądro, ta część najgorętsza, pozostałość po znacznie większej gwieździe. Czy to biały karzeł? Sam przebieg zjawiska zależy od masy początkowej i początkowej szybkości rotacji. W dodatku mowa tu raczej o gwiazdach masywnych. Czy musiał to być zaawansowany ewolucyjnie czerwony olbrzym? Może tak, a może nie. Wszystko to kojarzy się ze znanymi od dawna (koniec osiemnastego wieku) mgławicami pierścieniowymi (tymi bardziej eleganckimi) i mgławicami planetarnymi. Liczba skatalogowanych obiektów tego typu sięga kilku tysięcy, a przed trzydziestu laty, zanim pojawiły się teleskopy satelitarne i przed burzliwym rozwojem technik obserwacyjnych w ostatnich latach, przekraczała nieco 1500. Sądzi się, że w Galaktyce jest ich co najmniej dziesięciokrotnie więcej, co wcale nie oznacza, że są one powszechnością wobec miliardów gwiazd tworzących Galaktykę. W ten spsób otrzymaliśmy wyjaśnienie mniej standardowe (być może „szkolne” w swej naiwności), pochodzenia tych obiektów. Można przypuszczać, że tylko część powstaje w taki właśnie sposób. Aktualne wyjaśnia się to zjawisko inaczej. W każdym razie nie łączy się wydarzenia z szybką rotacją gwiazdy i biegunową zapaścią w wyniku tego. Na tym polega zasadnicza różnica.
Być może w taki właśnie sposób rozpadają się gwiazdy obracające się stosunkowo szybko w okresie swej młodości (pod warunkiem, że są odpowiednio masywne). Obiektów tych jest stosunkowo niewiele. Pośrednio oznaczałoby to, że większość gwiazd posiada układy planetarne...
...A to stanowiłoby potwierdzenie słuszności drogi, jaką obrałem w swych próbach opisu genezy galaktyk. Chodzi o to, że wszędzie, gdzie tworzą się (dziś) nowe gwiazdy, jest bez liku materii mineralnej – wszelkich pierwiastków i ich związków, oczywiście nie licząc wodoru i helu, z natury dominujących od samego początku. Pełno jest pyłów kondensujących się, coraz szybciej wraz ze wzrostem ich grawitacyjności, w obiekty (kuliste i tylko kuliste) o rozmiarach planet. Pomocna w tym jest centralna grawitacja tworzących się gwiazd. [Jakąś rolę w nagrzewaniu się centralnej części obiektu mają pierwiastki promieniotwórcze – reakcje jądrowe zachodzące z ich udziałem.] Ale tak było kilka miliardów lat temu, gdy kształtował się Układ Słoneczny. Dziś, koncentracja materii pyłowej jest proporcjonalnie mniejsza. Jeśli protoplanety nie utworzyły się dawniej (jeszcze zanim uformowała się ich macierzysta gwiazda), to dziś wokół nowotworzących się gwiazd formowanie się planet jest zjawiskiem rzadszym. Będzie więc coraz więcej gwiazd rotujących szybko. Warto sprawdzić już dziś – szacunkowy wiek (w latach) gwiazdy w funkcji liczby planet lub w funkcji prędkości rotacji. Być może odkryta zostanie spodziewana tendencja.Także pierwiastków promieniotwórczych jest dziś znacznie mniej. Tworzące się dziś planety są w środku chłodniejsze.
Obiekty małe, skaliste nieregularnych kształtów nie mogły tak ukształować się naturalną drogą. Wszystkie bez wyjątku są rezultatem rozbicia obiektów planetarnych (kulistych). Wszystkie asteroidy, meteoroidy, komety, stanowią pozostalość po rozbiciu w wyniku zderzenia, dużych obiektów kulistych*. Energia zderzenia rozproszyła je po całym Układzie Słonecznym. Mogło to mieć miejsce, powiedzmy, że w pierwszym miliardzie lat po utworzeniu się Układu. „Mity” Sumerów mówią o czymś takim.
Gwiazdy stare drugiej populacji raczej nie posiadają planet. Nic dziwnego. Zawartość w nich metali jest znikoma, gdyż w obłoku gazu, z którego powstały, też nie mogło być pyłów materii mineralnej. Przecież gwiazdy te uformowały się jeszcze zanim mogło dojść do uformowania się zgęszczeń prowadzących do form pregalaktycznych. Pierwiastki cięższe niż lit, w stosownych ilościach, a nie od przypadku do przypadku (wybuchu supernowej) pojawić się mogły znacznie później, dopiero w wyniku syntezy termojądrowej w obiektach, które my postrzegamy jako kwazary. [Á propos, gwiazdy drugiej populacji raczej nie posiadają planet, więc na ogół rotują dosyć szybko. To sprawia, że niewielka jest szansa na to, że któraś z nich stanie się czarną dziurą.] Powszechnie przyjęty pogląd, że jedynym źródłem pierwiastków (cięższych, niż trzy pierwsze) są wybuchy supernowych, tych tzw. trzeciej populacji, jest zgruntu błędny, wprost nie trzma się kupy. Ogromna większość ludzi nauki twierdzi to jednak bez zastanowienia jako mantrę.
...To napawa optymizmem poszukujących życia pozaziemskiego. Inna sprawa, że procesy zachodzące w rzeczywistej gwieździe, szczególnie procesy energetyczne, stanowią bezsprzecznie główny faktor decydujący o jej rozwoju.
Jeśli chodzi o poszukiwania czarnych dziur wśród gwiazd, rozważania nasze wzbudzać mogą raczej umiarkowany optymizm. Jeśli czarną dziurą zostać ma gwiazda praktycznie nie rotująca o odpowiednio dużej masie, to albo ma ona bardzo rozbudowany układ planetarny (chyba już porzucony przez swych mieszkańców wraz z całą ich ekologią w stanie przetrwalnikowym), albo stanowi element układu gwiazd, których wzajemna odległość jest bardzo mała, a rotacja jego elementów wskutek działania sił przypływowych została wyhamowana. Istnieją liczne modelowane komputerowo, scenariusze dalszego biegu wydarzeń w takim układzie. Wśród nich najciekawsze są wybuchy, prowadzące do form supergęstych (gwiazdy neutronowe), co wcale nie znaczy, że do czarnej dziury, choć kto wie. Według mnie do osobliwości jednak nie prowadzą, choćby z powodu odpychania grawitacyjnego przy odpowiednio dużej koncentracji materii.
*) Z grubsza rozróżniamy dwa rodzaje meteoroidów: skaliste i żelaziste. Już to stanowi dowód na to, że nie mogły powstać w wyniku naturalnej kondensacji materii pyłowej. Jak wiemy, żelazo, jako ciężkie, zgromadzone jest się w jądrze planety, na przykład Ziemi. Meteoroidy pochodzą więc z rozbicia w wyniku zderzenia jakiejś planety – według Sumerów, Tiamat. Pisałem o tym w artykule pt. Jak powstały planety?
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz