Přehlídka vesmírných bizarností (1): Superkompaktní pozůstatky hvězd
Ve vesmíru existuje řada objektů, jejichž vlastnosti jsou natolik zvláštní a podivné, že se občas vymykají zdravému rozumu. Neutronové hvězdy nebo černé díry jsou tak malé a hmotné, až nad tím zůstává rozum stát
Hvězdy po celý svůj aktivní život svádějí boj s gravitací. Tlak záření a horkého plynu v nitru (přesněji jde o gradient tlaku, tedy sílu související se změnou tlaku se vzdáleností od středu objektu) vzdoruje vlastní tíze plynu. Každé stálici však jednou zásoba vhodného termojaderného paliva dojde, načež gravitace zvítězí a začne těleso smršťovat. Pak již závisí jen na hmotnosti hvězdy, zda se najde jiný fyzikální proces, který by kontrakci zastavil.
U stálic s hmotnostmi srovnatelnými s hmotností Slunce se tímto procesem stane elektronová degenerace plynu. Ze středoškolské fyziky víme, že látku tvoří atomy, které se skládají z kladně nabitého jádra obsahujícího protony a neutrony a záporně nabitého elektronového obalu. Elektronový obal určuje efektivní velikost neutrálního atomu, neboť rozměr elektronového obalu asi desettisíckrát převyšuje rozměr atomového jádra. Elektronová degenerace představuje zvláštní stav látky, při němž se působením vnějšího tlaku zbortí elektronové obaly, a atomová jádra se tak dostanou mnohem blíže sobě. Mezi nimi se pak volně pohybují elektrony.
Bílý trpaslík
Přesně v tomto stadiu se ocitne zhruba za jedenáct miliard let naše Slunce. Astrofyzikové mluví o bílých trpaslících, neboť jde o malé objekty (rozměrově srovnatelné se Zemí) s vysokou povrchovou teplotou (kolem 100 000 K). Vzhledem k tomu, že se do malého rozměru vměstná většina původní hmotnosti hvězdy, dosahuje hustota elektronově degenerované látky v bílých trpaslících enormních hodnot. Krabička od sirek naplněná touto bizarní hmotou by vážila 250 tun!
Přesáhne-li hmotnost kolabující stálice přibližně 1,4násobek hmotnosti Slunce, nedokáže elektronová degenerace gravitační kolaps zastavit. Látka se bude dále stlačovat, až vnější síly donutí doposud volné elektrony „vtlačit“ se do protonů a vytvořit z nich neutrony (pochodem, který odborníci nazývají inverzní beta rozpad). Vzniklé částice mezi sebou nepůsobí odpudivou elektrickou silou, a mohou se tedy natěsnat jedna vedle druhé. Další kolaps je zastaven.
Výsledný objekt – neutronová hvězda – se opět zmenší až na průměr kolem 10 km, přičemž hmotnost zůstane prakticky nezměněna. Vzniklá látka, neutronově degenerovaný plyn, bude mít tedy ještě větší hustotu než hmota bílých trpaslíků. Krabička od sirek napěchovaná touto neutronovou siláží by vážila pět miliard tun! Ještě jeden příměr: Kdybychom chtěli z obřího Boeingu 747 neboli známého Jumbo Jetu vytvořit neutronovou hvězdu, museli bychom jej zmáčknout na velikost malého zrníčka písku.
Až k černé díře
Co když však ani tlak neutronově degenerovaného plynu nestačí? Vědci připouštějí ještě jedno stabilní stadium: rozdrtí-li gravitace neutrony na prvočinitele neboli kvarky. Vzniká tak kvarková hvězda, která se od té neutronové rozměrem již příliš neliší. A zatímco neutronových hvězd pozorovali astronomové už bezpočet, kandidáta na hvězdu kvarkovou známe pouze jednoho: Pulzar 3C58 svou hustotou a rychlostí chladnutí totiž nezapadá do charakteristik očekávaných pro neutronové hvězdy. Je však teprve třeba potvrdit, zda se skutečně jedná o hvězdu kvarkovou, neboť mezi neutronovými a kvarkovými hvězdami nepanuje navenek velký rozdíl.
A nezastaví-li gravitační kolaps ani kvarková degenerace plynu, nezastaví jej už nic. Vznikne tak hvězdná černá díra, objekt, jehož gravitace je natolik silná, že z něj neunikne ani světlo. V nitrech černých děr neplatí známé fyzikální zákony, ale na přesný fyzikální popis zatím stále čekají.
