Μετά το στάδιο του ερυθρού γίγαντα, σε αστέρια σαν τον Ήλιο η περαιτέρω βαρυτική συστολή του πυρήνα, που αποτελείται πια από άνθρακα, δεν μπορεί να δημιουργήσει θερμοκρασίες ικανές να αρχίσουν νέο κύκλο πυρηνικών αντιδράσεων στο κέντρο. Παρόλα αυτά ο πυρήνας συστέλλεται σε μία πολύ συμπιεσμένη κατάσταση και η αύξηση της θερμοκρασίας, παρ' ό,τι δεν μπορεί να προκαλέσει καύση του άνθρακα, εν τούτοις προκαλεί έντονη καύση του ηλίου στο γειτονικό προς τον πυρήνα στρώμα.
Αποτέλεσμα αυτής της έντονης παραγωγής ενέργειας είναι η μεγάλη διαστολή και βαθμιαία ψύξη των εξωτερικών στρωμάτων. Αυτή τη φορά η διαστολή είναι τόσο μεγάλη, ώστε τα εξωτερικά στρώματα διαχωρίζονται από τον πυρήνα και σταδιακά γίνονται ένα διαφανές
πλανητικό νεφέλωμα.
 |
| Πλανητικό Νεφέλωμα. |
Ο πυρήνας, έχοντας χάσει το περίβλημά του, είναι ορατός σαν ένας θερμός (10.000 βαθμούς ή και περισσότερο) και πολύ πυκνός
λευκός νάνος. Αστέρια με μάζα μικρότερη από το ένα τρίτο περίπου της μάζας του Ηλίου δεν φθάνουν καν στο στάδιο της καύσης ηλίου προς άνθρακα, λόγω χαμηλότερων θερμοκρασιών στο κέντρο τους. Αυτά συνεχίζουν τη βαρυτική συστολή προς το στάδιο του λευκού νάνου χωρίς να διώξουν το περίβλημα του πυρήνα τους.
Οι λευκοί νάνοι είναι πολύ μικρά αστέρια με μέγεθος σαν της Γης ή και μικρότερο, ενώ η μάζα τους είναι συγκρίσιμη με τη μάζα του Ηλίου. Σαν συνέπεια, η πυκνότητά τους φθάνει τα 10 με 100 εκατομμύρια γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό.
 |
| Λευκός νάνος. |
Αν μπορούσαμε να ζυγίσουμε ποσότητα από το κέντρο ενός λευκού νάνου ίση με μία μικρή κουταλιά, αυτή θα ζύγιζε εκατό τόνους! Σε τέτοιες πυκνότητες η ύλη παύει να συμπεριφέρεται ως συνήθως. Σε αντίθεση με τα συνηθισμένα αέρια, τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να κινούνται τελείως τυχαία αλλά υπόκεινται σε περιορισμούς λόγω της πυκνής παρουσίας άλλων ηλεκτρονίων σε πολύ περιορισμένο χώρο. Εξ αιτίας αυτής της πυκνής παρουσίας, πολύ λιγότερος χώρος είναι διαθέσιμος για κάθε ηλεκτρόνιο και σ' αυτήν την περίπτωση οι αρχές της κβαντομηχανικής επιβάλλουν ότι ο επιτρεπόμενος αριθμός ταχυτήτων και ενεργειών ενός ηλεκτρονίου ελαττώνεται. Ένα τέτοιο υλικό ονομάζεται εκφυλισμένο αέριο ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια κατανέμονται ομοιογενώς στο χώρο ανάμεσα στους ατομικούς πυρήνες, οι οποίοι βρίσκονται σε τακτές σταθερές αποστάσεις μεταξύ τους ώστε μάλλον θυμίζουν ένα κρυσταλλικό στερεό (ονομαζόμενο
κβαντικό στερεό). Η πίεση του εκφυλισμένου αερίου ηλεκτρονίων είναι τόσο ισχυρή, που εμποδίζει την περαιτέρω βαρυτική συστολή. Έτσι, αστέρια που στο τελικό τους στάδιο έχουν μάζα μικρότερη από 1.4 ηλιακές μάζες (όριο του Chandrasekhar), παραμένουν σταθεροί λευκοί νάνοι. Από τη στιγμή που η βαρυτική συστολή σταματάει, δεν υπάρχει πια παραγωγή εσωτερικής ενέργειας και το άστρο βαθμιαία ψύχεται. Αυτή η ψύξη είναι τόσο αργή, που παίρνει 10 δισεκατομμύρια χρόνια για να πέσει η θερμοκρασία στους 3.000 βαθμούς. Στο τέλος το άστρο θα ακτινοβολήσει σταδιακά όλα τα ενεργειακά αποθέματα ακτινοβολίας του και θα γίνει ένας
μελανός νάνος. Το αστέρι έχει πια πεθάνει.
 |
| Μελανός νάνος. |
Ο
μελανός νάνος είναι ένα υποθετικό αστρικό υπόλειμμα,που προβλέπονται από το μοντέλο εξέλιξης των άστρων.Δημιουργείται όταν ένας
λευκός νάνος εκπέμπει σημαντική θερμότητα ή φως και ψυχθεί κοντά στο απόλυτο μηδέν.
Στο σημείο αυτό θα πρέπει να αναφέρουμε πως δεν έχουμε παρατηρήσει στο Σύμπαν κάποιον μελανό νάνο, δεδομένου του γεγονότος πως για να εξελιχτεί ένα άστρο σε αυτή την μορφή ο χρόνος που υπολογίζεται είναι μεγαλύτερος από την τρέχουσα ηλικία του σύμπαντος (13,7 δισεκατομμύρια χρόνια). Εκτιμάται ότι ο χρόνος αυτός είναι περίπου είκοσι δισεκατομμύρια χρόνια. Επίσης επειδή αυτό το ουράνιο σώμα δεν ακτινοβολεί ενέργεια και θερμότητα,ουσιαστικά η παρατήρηση ενός μελανού νάνου είναι αδύνατη. Αν πραγματικά υπήρχαν αυτά τα σώματα,θα μπορούσαν να ανιχνευτούν μέσω της βαρυτικής τους επίδρασης σε άλλα σώματα. Κατά συνέπεια,η ύπαρξη των μελανών νάνων θα παραμείνει μια θεωρητική πρόβλεψη.
Αστέρια με μεγαλύτερες μάζες, μετά το στάδιο του ερυθρού γίγαντα αναπτύσσουν τόσο μεγάλες θερμοκρασίες στο κέντρο τους (3 δισεκατομμύρια βαθμούς ή και περισσότερο) ώστε ο άνθρακας και τα άλλα προϊόντα της καύσης του ηλίου αντιδρούν και σχηματίζουν βαρύτερα στοιχεία, με αποτέλεσμα στο τέλος ο αστρικός πυρήνας να περιέχει ένα μίγμα από βαρύτερα στοιχεία προεξάρχοντος του σιδήρου. Η παραγωγή ενέργειας είναι τόσο έντονη και η επιφανειακή θερμοκρασία τόσο υψηλή, που τα επιφανειακά στρώματα "εξατμίζονται" στο διάστημα υπό μορφή αστρικού ανέμου. Όταν το μεγαλύτερο ποσοστό της ύλης στον πυρήνα έχει μετατραπεί σε σίδηρο, τότε οι πυρηνικές αντιδράσεις μειώνονται, επειδή ο σίδηρος για να αντιδράσει και να σχηματίσει βαρύτερα στοιχεία δεν απελευθερώνει αλλά αντιθέτως απορροφά ενέργεια.
Από αυτό το σημείο και μετά ο πυρήνας συστέλλεται συνεχώς λόγω της βαρύτητας. Εάν σ' αυτό το στάδιο η μάζα του πυρήνα είναι μεγαλύτερη από 1.4 ηλιακές μάζες, τότε η πίεση του εκφυλισμένου αερίου ηλεκτρονίων δεν επαρκεί για να σταματήσει τη συστολή και να σχηματίσει ένα λευκό νάνο. Ο ρυθμός συστολής επιταχύνεται συνεχώς και τα εξωτερικά στρώματα πέφτουν επίσης προς το κέντρο. Αυτό το στάδιο ονομάζεται βαρυτική κατάρρευση του αστεριού.
 |
| Σχηματική παράσταση της κατάρρευσης του πυρήνα αστεριού (αριστερά). Υπολείμματα από έκρηξη supernova (Cass A,δεξιά). |
Στο κέντρο του τα ηλεκτρόνια ενώνονται με τα πρωτόνια στους πυρήνες των ατόμων και σχηματίζουν νετρόνια με ραγδαίους ρυθμούς, και έτσι δεν υπάρχει πια εκφυλισμένο αέριο για να στηρίξει με την πίεσή του τα ανώτερα στρώματα. Τελικά, όλη η ύλη του αστεριού καταρρέει προς το κέντρο εκτελώντας σχεδόν ελεύθερη πτώση! Αυτό συνεχίζεται μέχρις ότου τα νετρόνια στον πυρήνα πλησιάσουν τόσο κοντά το ένα με το άλλο, ώστε να σχηματίσουν ένα ασυμπίεστο εκφυλισμένο αέριο νετρονίων. Εάν η μάζα του πυρήνα είναι μικρότερη από περίπου 2.5 ηλιακές μάζες, η πίεση αυτού του εκφυλισμένου αερίου σταματάει απότομα την κατάρρευση. Ο αστρικός πυρήνας θυμίζει ένα γιγαντιαίο ατομικό πυρήνα. Επειδή λόγω αρχικής ταχύτητας ο πυρήνας συμπιέζεται στιγμιαία λίγο περισσότερο από τις συνήθεις πυρηνικές πυκνότητες στα άτομα, ακολουθεί μία εκτίναξη προς τα έξω που επαναφέρει τον πυρήνα στην κανονική πυρηνική πυκνότητα (κάτι ανάλογο με μία λαστιχένια μπάλα που "γκελάρει"). Τα εξωτερικά στρώματα όμως συνεχίζουν την πτώση προς τα μέσα. Στο σημείο που αυτά τα δύο αντιθέτως κινούμενα "κύματα ύλης" συγκρούονται, η πίεση αυξάνει ακαριαία. Η πυκνότητα του πυρήνα που "γκελάρει" είναι τρομακτικά μεγαλύτερη από την πυκνότητα των προσπιπτόντων εξωτερικών στρωμάτων, με αποτέλεσμα όλη η τεράστια ενέργεια αυτής της σύγκρουσης να μεταδίδεται στα εξωτερικά στρώματα, τα οποία εκτινάσσονται προς τα έξω. Η εκτίναξη αυτή επιταχύνεται περαιτέρω από τεράστιο αριθμό σωματιδίων που εκσφενδονίζονται από τον πυρήνα προς τα έξω. Πρόκειται για στοιχειώδη σωματίδια που ονομάζονται νετρίνα και απελευθερώνονται κατά την ένωση πρωτονίων και ηλεκτρονίων προς σχηματισμό νετρονίων. Η τελική έκρηξη είναι τόσο σφοδρή και βίαιη, που διαλύει τελείως το μεγαλύτερο μέρος του αστεριού και ονομάζεται έκρηξη supernova. Τέτοιες αστρικές εκρήξεις είναι σπάνιες αλλά έχουν παρατηρηθεί τόσο στο δικό μας όσο και σε άλλους γαλαξίες.
Προσωρινά το αστέρι που εκρήγνυται μπορεί να γίνει λαμπρότερο από όλον τον υπόλοιπο γαλαξία στον οποίον ανήκει!
 |
| Supernova. |
Κατά την έκρηξη, λόγω της τεράστιας ενέργειας που απελευθερώνεται, τα άτομα του αστρικού περιβλήματος που εκτινάσσεται αντιδρούν μεταξύ τους και σχηματίζουν στοιχεία βαρύτερα και από τον σίδηρο, εμπλουτίζοντας έτσι τον γύρω διαστημικό χώρο. Αυτά τα εμπλουτισμένα κύματα ύλης, με τη σειρά τους, όταν συναντήσουν γειτονικά νέφη θα προκαλέσουν την γέννηση νέων αστεριών με μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε βαρέα στοιχεία και ούτω καθ' εξής.
*Έτσι, κάθε καινούρια γενεά αστεριών περιέχει συγκριτικά μεγαλύτερο ποσοστό βαρέων στοιχείων από την προηγούμενή της.
Το αστρικό υπόλειμμα που παραμένει μετά από μία έκρηξη supernova έχει δύο πιθανές καταλήξεις:
Άστρο νετρονίων.
 |
| Μαγνητόσφαιρας ενός pulsar. |
Εάν η μάζα του είναι μικρότερη από 2.5 ηλιακές μάζες περίπου, όπως είπαμε και προηγουμένως, τότε σχηματίζεται ένα
άστρο νετρονίων. Τέτοια άστρα έχουν παρατηρηθεί και είναι τα λεγόμενα pulsars (παλλόμενες ραδιοπηγές). Τα άστρα αυτά περιστρέφονται με πολύ μεγάλη ταχύτητα λόγω του μικρού μεγέθους τους και εκπέμπουν παλμούς ακτινοβολίας από τους περιστρεφόμενους μαγνητικούς πόλους τους, επειδή ο άξονας περιστροφής τους συνήθως δεν συμπίπτει με τον άξονα του μαγνητικού πεδίου τους. Πρόκειται για μία πολύ πυκνή κατάσταση της ύλης, όπου μπορεί να έχουμε μάζα ίση με τη μάζα του Ηλίου και ακτίνα μόλις 10 χιλιόμετρα (περίπου σαν την Αθήνα!). Στο αντίστοιχο με την ύλη του λευκού νάνου παράδειγμα, εάν είχαμε μία μικρή κουταλιά από την ύλη ενός άστρου νετρονίων, τότε αυτή θα ζύγιζε 5 δισεκατομμύρια τόνους!
Μαύρη τρύπα.
Εάν όμως η μάζα του υπολείμματος μετά την έκρηξη είναι μεγαλύτερη από 2.5 ηλιακές μάζες, τότε ούτε αυτή ακόμα η πίεση του εκφυλισμένου αερίου νετρονίων δεν μπορεί να σταματήσει την κατάρρευση. Σ' αυτή την περίπτωση θεωρητικά η κατάρρευση καταλήγει σε ένα μαθηματικό σημείο στο κέντρο του αστεριού. Όλη η ύλη συγκεντρώνεται σ' αυτό το σημείο και η πυκνότητα γίνεται άπειρη. Τότε λέμε ότι σχηματίσθηκε μία
μαύρη τρύπα.
 |
| Μαύρη τρύπα. |
Στην πραγματικότητα δεν ξέρουμε τι ακριβώς συμβαίνει, διότι δεν υπάρχει τρόπος να πάρουμε πληροφορίες μέσα από μία οριακή επιφάνεια, που ονομάζεται ορίζοντας γεγονότων. Η βαρύτητα μιας μαύρης τρύπας είναι τόσο ισχυρή, που στην απόσταση του ορίζοντα γεγονότων ούτε το φως δεν μπορεί να υπερνικήσει τη βαρύτητα. Επομένως, τίποτα απολύτως δεν μπορεί να βγει έξω από μία μαύρη τρύπα (γι' αυτό και ονομάζεται έτσι). Έμμεσες παρατηρήσεις μας επιτρέπουν να συμπεράνουμε εάν κάποιο ουράνιο σώμα είναι μαύρη τρύπα. Σε πολλές περιπτώσεις υπάρχουν αστέρια που από την φασματοσκοπία έχει βρεθεί ότι είναι διπλά και το ένα περιφέρεται γύρω από το άλλο, λόγω της αμοιβαίας έλξης τους. Από τα φάσματά τους μπορούμε να μετρήσουμε τις ταχύτητες περιφοράς τους και από εκεί, μέσω των νόμων της δυναμικής του Kepler, να συμπεράνουμε τις μάζες τους. Σε συγκεκριμένες περιπτώσεις παρατηρούμε το φάσμα μόνο ενός αστεριού, που μεταβάλλεται κατά τρόπο που αποδεικνύει περιφορά γύρω από άλλο σώμα το οποίο όμως δεν είναι ορατό. Μετρήσεις της μάζας του "αόρατου" σώματος μέσω των νόμων του Kepler, μας δίνουν μάζες μεγαλύτερες από 2.5 ηλιακές μάζες. Τότε έχουμε μία σοβαρή ένδειξη ότι πρόκειται για μαύρη τρύπα. Επί πλέον, εάν σε τέτοιου είδους διπλά συστήματα τα δύο σώματα είναι πολύ κοντά το ένα με το άλλο, τότε η μαύρη τρύπα, λόγω της ισχυρής βαρύτητάς της, βαθμιαία απορροφά ύλη από τα εξωτερικά στρώματα του άλλου αστεριού υπό μορφή αερίου ρεύματος. Το ρεύμα αυτό, λόγω της περιστροφής, σχηματίζει έναν αέριο δίσκο γύρω από τη μαύρη τρύπα. Ακολούθως, η ύλη του δίσκου συγκλίνει σπειροειδώς προς το κέντρο και τελικά πέφτει μέσα στη μαύρη τρύπα. Στο εσωτερικό μέρος του δίσκου, λίγο πριν η ύλη πέσει στη μαύρη τρύπα, αναπτύσσονται πολύ μεγάλες θερμοκρασίες από τις "τριβές" μεταξύ των ατόμων, με αποτέλεσμα η ύλη να εκπέμπει έντονες ακτίνες - Χ. Εάν λοιπόν έχουμε ένα αστρικό ζεύγος όπου το ένα μέλος είναι "αόρατο" αλλά η μετρούμενη μάζα του είναι μεγαλύτερη από 2.5 ηλιακές μάζες, και επί πλέον έχουμε έντονη εκπομπή ακτίνων - Χ, τότε όλα αυτά είναι ισχυρές ενδείξεις ότι πρόκειται για μαύρη τρύπα. Σήμερα είμαστε σχεδόν σίγουροι για τέσσερις τουλάχιστον τέτοιες περιπτώσεις στο γαλαξία μας και σε ένα γειτονικό γαλαξία, ενώ έχουμε σοβαρές υποψίες για τουλάχιστον άλλα είκοσι τέτοια αντικείμενα.
Οι τρεις προαναφερθείσες αστρικές κατηγορίες, δηλαδή λευκοί νάνοι (μετέπειτα μελανοί νάνοι), άστρα νετρονίων, και μαύρες τρύπες αποτελούν το τελευταίο στάδιο της εξέλιξης των αστεριών. Με την περαιτέρω ανάπτυξη της τεχνολογίας που σχετίζεται με τις αστρονομικές παρατηρήσεις, είναι βέβαιο ότι θα μαθαίνουμε όλο και περισσότερες λεπτομέρειες για τη γέννηση, τη ζωή και το θάνατο των αστεριών. Η ζωή των αστεριών δεν είναι τίποτα άλλο παρά διάφορες καταστάσεις συνεχούς πάλης και ισορροπίας μεταξύ της βαρύτητας, από τη μια πλευρά, και των πυρηνικών και ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων από την άλλη.
Τι είδους αστρικό υπόλειμμα θα αφήσει πίσω του ένα αστέρι εξαρτάται κατά κύριο λόγο από τη μάζα του. Είναι χαρακτηριστικό ότι η δύναμη που προκαλεί την γέννηση των αστεριών από τη μεσοαστρική ύλη, δηλαδή η βαρύτητα, είναι η ίδια η οποία στο τέλος επιφέρει και το θάνατό τους.
Πηγές:
ecourse.uoi.gr
merkopanas
physicsgg.me
astronomia.gr
youmagazine.gr
ebooks.edu.gr
astro.noa.gr
nasa.gov
physiclessons.blogspot.gr
