Døde Stjerner er Tætte Stjerner

I oktober sidste år fik vi skelsættende nyheder om neutronstjerner. Offentligheden havde øjnene rettede mod disse fantastiske objekter mandag d. 16. oktober, da ESO annoncerede opdagelsen af gravitationsbølger og lys fra sammensmeltningen af to neutronstjerner, GW170817, i en galakse langt borte. Flere end 3.000 forskere over hele verden samarbejdede om denne utrolige observation, som bekræftede astronomiske teorier, der indtil august sidste år kun havde levet i papirbunkerne af spekulation på forskernes skriveborde. Eller med andre ord: Det var en teori, som aldrig var blevet bekræftet af observationer.

I oktober 2017 fyldte neutronstjernerne meget i medierne, fordi de er så ekstreme som de er. Men hvad er en neutronstjerne egentlig? Og hvordan forholder man sig til noget, der er så ekstremt?

Lad os forsøge.

Det Er Cool At Være Kompakt

Stjerner lever i millioner og milliarder af år. De fødes i interstellare skyer af støv og gas. ‘Interstellar’ betyder, at skyen flyver rundt i det tomme rum mellem stjernerne i vores galakse. Stjerner begynder deres liv ved at brænde atomkerner, og de fortsætter med det indtil fysikkens love ikke længere tillader det. Tryk og temperatur i stjernens kerne afgør om det tager millioner eller milliarder af år før stjernen dør. For den vil dø før eller siden, men dødsårsagen vil afhænge af stjernens masse.

Stjerner, som brænder atomkerner, kaldes levende stjerner. De kan inddeles i forskellige kategorier afhængig af, hvem du spørger. Jeg foretrækker at bruge Morgan-Keenans spektralklassifikationssystem, fordi navnet er langt nok til at lyde videnskabeligt og let nok at huske i offentlige foredrag. Systemet har syv forskellige kategorier for levende stjerner – men en død stjerne kan kun være én ud af tre typer. De tre typer er dem, som vi skal se nærmere på nu.

Kompakte Objekter

Døde stjerner kaldes kompakte objekter, fordi de er de tætteste og derved mest kompakte objekter i Universet. Hvorfor kalde dem objekter og ikke stjerner? Fordi sorte huller er med i denne kategori, og siden tidernes morgen har nogle kaldt dem sorte stjerner, mens andre har kaldt dem sorte huller. Så ved at navngive hele gruppen af døde stjerner ‘objekter’ er vi sikre på, at alle tre typer er inkluderede: hvide dværge, neutronstjerner og sorte huller.

Compact1 DA-01

De tre typer er vist ovenfor. Lad os lige dvæle ved synet af hvor simpelt og harmonisk de tre kosmiske lig står side om side. Farve og tæthed går hånd i hånd og gør det så meget lettere at se forskel på, hvad der er hvad. Mange af os husker sorte huller som ubarmhjertige nok til at æde alt, der kommer i nærheden af dem, og tunge nok til at afholde noget fra at flygte – selv lys. Ved at huske denne simple skala, er det lettere at fastslå, at hvide dværge derfor må være de mindst tætte, mens neutronstjernen ligger i midten af de to.

Tommelfingerreglen er, at jo tættere en død stjerne er, des voldsommere var dens død.

Hvide Dværge

En hvid dværg er restproduktet fra når en stjerne som solen dør. Stjerner af den størrelse (op til cirka otte solmasser) dør relativt fredsommeligt ved at skrælle sine yderste gaslag af, imens den midterste kerne trækker sig sammen, indtil alle atomerne er så ‘små’ som fysikkens love tillader (præcis hvor små atomer fysikken tillader blev formuleret af Wolfgang Pauli for cirka 100 år siden).

Den midterste kerne af en sollignende stjerne består mest af kulstof og ilt. Ved du, hvad der sker når kul presses helt vildt hårdt sammen? Hvis du tænker “Er det ikke en diamant?” så har du ret. Kernen i en hvid dværg er egentlig bare en stor diamant, som er pakket ind i brint og helium, når den hænger der på nattehimlen.

compact 2 DA-01

Neutronstjerne

Neutronstjerner er, som navnet lægger op til, udelukkende lavet af neutroner. Måske kan du huske, at neutroner er de neutrale partikler i midten af atomet. Neutronstjerner laves, når levende stjerner større end otte solmasser dør. Denne process er meget voldsom og kaldes en supernova. Den udløses, når kernefusion i den midterste del af stjernen, ophører. Der er intet til at balancere trykket fra den indadrettede tyngdekraft, når det udadrettede tryk fra kernefusion er ophørt. Stjernens midterste del begynder derfor at trække sig sammen, indtil den er cirka 1,5 solmasser tung. Resten af stjernen blæses væk i en eksplosion, som er mere kraftfuld end noget andet i Universet. Trykket er så højt, når den midterste del trækker sig sammen, at elektronerne, der ellers er bundet af kvantefysik i atomerne, skydes direkte ind i protonerne og derved skaber neutroner. Dette sker overalt i den centrale kerne, og resultatet er en bold af neutroner, som rør hinanden.

compact3 DA-01

Stjernens tæthed er ligeså høj som neutrontætheden. Det betyder, at neutronerne ligger side om side, hvilket giver den efterladte stjernerest en radius på 10 km. Massen af halvanden sole er presset sammen til en bold med en radius på 10 km. Det er da fantastisk! I midten af neutronstjernen menes tætheden at være endnu højere, hvilket leder til spekulationer om, hvorvidt eksotisk stof og mærkelige partikler kunne eksistere derinde.

Sort Hul

Dem har du garanteret hørt om. Deres størrelse (i hvert fald de store af dem) er større end vi kan forestille os – eller nok mere deres tæthed er højere. For Mælkevejen har også en stor masse, men det er ikke så svært at forestille sig stjernerne fordelt i rummet i en smukke spiralgalakse, vi bor i. Sorte huller har derimod en stor masse, der er samlet på et meget lille område. I midten af vores egen galakse er et sort hul, som hedder Sagittarius A-stjerne. Dette sorte hul har en masse på fire millioner sole, der er presset sammen til en størrelse kun 31 gange større end solen. Det betyder, at vores sorte hul er 4 millioner gange tungere, men kun 31 gange større end Solen. Forestil dig at du er 4 millioner gange tungere, men kun 31 gange højere!

Sorte huller skabes, når højmasse-stjerner dør. På den måde minder de om neutronstjerner. Forskellen er, at hvis den midterste kerne har en masse større end cirka 1,5 solmasser, bliver tætheden så høj, at hele systemet kollapser til et sort hul. Det udtrykkes matematisk som en singularitet. På dansk udtrykkes det som et system, hvor matematik holder op med at give mening – og matematik giver som regel også mening i fysik, så når matematikken bryder sammen, gør fysikken det også. Sorte huller er sorte, fordi end ikke lys kan undslippe tyngdefeltet, når tyngdekraften er så stærk!

compact4 DA-01

Sorte huller er sorte huller på grund af deres tæthed – ikke deres masse. Du kan lave et sort hul af en hvilken som helst masse, hvis du blot presser det hårdt nok sammen. Vores egen Jord ville være et sort hul, hvis vi pressede den sammen til størrelsen af en sukkerknald.

Header-foto: ESO/L. Calçada

One thought on “Døde Stjerner er Tætte Stjerner

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s