V oxfordskom grófstve v Anglicku Ian Chapman skúma fyziku, ktorá poháňa hviezdy, čo je niečo, čo vedci skúmajú už stovky rokov. Toto medzinárodné výskumné zariadenie, ktoré stálo miliardu dolárov, sa nazýva JET (Joint European Torus). Ak je Chapmanova teória správna, mala by odhaliť, ako môže hviezda ako naše Slnko produkovať také obrovské množstvo energie.

Úžasná sila Slnka

Slnko je obrovská guľa vodíka a hélia. Nad jeho povrchom horí prehriata plazma pri teplote vyššej ako 2 milióny stupňov Celzia. Pod touto clonou plynu leží ohnivý povrch, ktorý vyžaruje 400 biliárd wattov slnečného svetla. Energia je poháňaná z vnútorného zdroja 310 000 km pod povrchom, v tajomnom jadre hviezdy.

Experimentovanie s jadrovou fúziou

Ian chce zistiť, ako ohrievanie vodíkového plynu na extrémne teploty môže generovať energiu a odhaliť, ako by mohlo byť Slnko poháňané. Reaktor musí byť schopný odolať teplotám 10-krát vyšším ako v strede Slnka. Inžinieri používajú ručne ovládanú robotickú ruku na kontrolu povrchov vnútri reaktorovej nádoby. Ian zahajuje proces ohrievaním zdroja paliva, vodíkového plynu.

„Čo tu robíme, je, že vezmeme trochu plynu, dáme ho do nádoby a potom musíme tento plyn naozaj, naozaj zahriať, takže prepúšťame extrémny prúd, milióny ampérov prúdu prechádzajúcich cez toto palivo a premenia ho na plazmu, rovnako ako by ste videli v hviezdach v priestore. Máte teda pevnú látku, tekutinu, plyn a potom plazmu a plazma je ako veľmi energetický plyn.“

Ovládanie obrovskej energie

Tím čerpá obrovské množstvo elektriny na napájanie 38 magnetov, čo je 700 megawattov, dosť na napájanie celého mesta. Zahrievajú vodík na 72 miliónov stupňov Celzia. Chladnejšie okraje plazmy začnú svietiť a s posledným impulzom energie dosahuje plazma viac ako 180 miliónov stupňov Celzia, takže je tak horúca, že sa stane neviditeľnou. „Akonáhle máte plazmu pri týchto teplotných podmienkach, správa sa veľmi podobne ako to, čo sa deje na Slnku.“

Jadrová fúzia a energia hviezd

Vedci veria, že dokážu otestovať, ako je Slnko skutočne poháňané. Hlboko v srdci Slnka extrémny tlak a teplota tlačia atómy vodíka k sebe, čo spôsobuje ich zlúčenie a tvorbu hélia. Ide o jadrovú fúziu, ktorá každú sekundu vytvára toľko energie ako 100 miliárd atómových bômb. Gama lúče vybuchujú z jadra a vyžarujú cez superhustú plazmu. Energia sa mení na svojej ceste a nakoniec dosiahne povrch, kde strieka von ako svetlo.

Potvrdenie teórie

V JET ich výsledky potvrdili, že keď vodíková plazma dosiahne 180 miliónov stupňov Celzia, uvoľňuje sa obrovské množstvo energie z jadrovej fúzie. „Táto fyzika konečne odhaľuje, ako môže jadrová fúzia poháňať hviezdy ako naše Slnko. Základom toho, čo tu robíme, je pochopenie, odkiaľ hviezdy berú svoju energiu, prečo hviezdy svietia, prečo vyžarujú energiu, ktorú majú, kvôli fúzii, ktorá prebieha vo vnútri telesa hviezdy.“

Hviezdne palivo a supernovy

Ale jadrové palivo hviezdy nevydrží večne. Čím masívnejšia hviezda je, tým rýchlejšie žije a tým rýchlejšie zomiera, takže naozaj masívne hviezdy majú veľmi krátky život. Ako môže masívna hviezda katastroficky explodovať? Vedci veria, že príčinou by mohla byť gravitácia. Po celý svoj život je hviezda v nestabilnej rovnováhe. Vo vnútri gravitácia stláča hviezdu, tlačí ju pospolu, zatiaľ čo energia vybuchujúca z jadra tlačí von. Ale keď dôjde palivo, gravitácia víťazí, drví jadro v milisekundách a začína explózia. Vonkajšie vrstvy hviezdy však skrývajú túto zúrivosť až 10 hodín. Je to obrovská časovaná bomba. Hviezda ide supernovou, najväčšou explóziou v kozme.

Porozumenie supernovám

Aby ste pochopili silu supernovy, stačí sa pozrieť na jej fotografiu. Supernovy zvyčajne vznikajú v galaxiách, takže tu máte galaxiu so 100 miliardami hviezd a potom máte jednu explodujúcu hviezdu, ktorá je jasnejšia ako všetkých 100 miliárd hviezd dohromady. Supernovy vypúšťajú tieto obrovské škrupiny plynov, ktoré majú tieto štruktúry, farby a vlákna. Sú jednoducho nádherné. Hoci rozumieme základným princípom za explóziami hviezd, detaily ešte nie sú pochopené. Vidíme expandujúce vyvrhnuté plyny a sú naozaj jasné, ale toto je dôsledok explózie. Čo však spôsobuje samu explóziu?

Varovný systém pre supernovy

Aby vedci pochopili záhady vo vnútri supernovy, dúfajú, že jednu chytia pri čine. Ale môžu predpovedať, kedy by hviezda mohla katastroficky explodovať? V talianskych horách fyzik Andrea Molinari pracuje na systéme včasného varovania pred supernovami. Andrea trávi dni hľadaním zvláštnych, nepolapiteľných častíc nazývaných neutrína. Neutrína pochádzajú z mnohých rôznych zdrojov, trilióny ich prechádzajú nami každú sekundu, ale my ich necítime. Stovky miliárd neutrín neustále prechádzajú našimi telami bez povšimnutia, dokonca môžu prejsť celou planétou bez toho, aby boli zastavené. Dôvodom je, že neutrína majú veľmi nízku pravdepodobnosť interakcie s hmotou, čo ich robí veľmi, veľmi ťažko detekovateľnými.

Detekcia neutrín

Aby to preskúmal, Andrea cestuje do skrytého laboratória takmer kilometer pod talianskymi horami. Vnútri laboratória je stroj navrhnutý na chytanie týchto tajomných neutrín a je veľmi veľký. Ide o detektor s veľkým objemom, obrovský detektor neutrín, ktorý sa skladá z 840 rôznych nádrží. Každá z týchto nádrží je naplnená špeciálnou kvapalinou, ktorá keď do nej neutríno vnikne a interaguje s ňou, vyprodukuje záblesk svetla. Nádrže obsahujú 1 000 ton kvapaliny, plnej senzorov, ktoré môžu zachytiť tento slabý záblesk svetla a premeniť ho na signál. Je tak citlivý na nechcené radiácie, že musí byť skrytý hlboko pod zemou. Máme nad hlavami 1 400 metrov skaly, takže máme úplné hory nad nami.

Predpovedanie supernovy

Andrea si myslí, že neutrína by mohli byť kľúčom k predpovedaniu supernovy. Hľadá náhly nárast detekcií, signál, ktorý bol zaznamenaný iba raz predtým. Hodiny po signáli neutrín sa v nočnej oblohe objavilo jasné svetlo – supernova. Neviete presne, kedy supernova nastane, sú to udalosti, ktoré sa stanú náhle. Môže byť prudký nárast neutrín spojený s hviezdnou explóziou?

Čo spôsobuje supernovu?

Vedci veria, že hlboko vo vnútri zomierajúcej hviezdy kolaps jadra premení 99 % energie hviezdy na silný výbuch neutrín. Tie preniknú cez hviezdu takmer rýchlosťou svetla a uniknú do kozmu. V ich stopách je spustená rázová vlna, keď sa každá vrstva zrúti a vybuchne postupne. Vlna sa rozširuje k okraju hviezdy, až kým po hodinách konečne nezasiahne povrch a exploduje v celej svojej kráse.