Kaip žvaigždės keičiasi per savo gyvenimą

NASA/ESA/Hablo paveldo komanda.

Žvaigždės yra vieni iš pagrindinių visatos statybinių blokų. Jie ne tik sudaro galaktikas, bet ir daugelyje planetų sistemų. Taigi supratimas apie jų formavimąsi ir evoliuciją suteikia svarbių užuominų suprasti galaktikas ir planetas.

Saulė suteikia mums aukščiausios klasės pavyzdį, kurį reikia ištirti čia, mūsų pačių saulės sistemoje. Jis yra tik aštuonios šviesos minutės, todėl nereikia ilgai laukti, kad pamatytume jo paviršiaus ypatybes. Astronomai turi daugybę palydovų, tyrinėjančių Saulę, ir jie jau seniai žinojo apie jos gyvenimo pagrindus. Viena vertus, jis yra vidutinio amžiaus ir yra jo gyvenimo laikotarpio, vadinamo „pagrindine seka“, viduryje. Per tą laiką jis sulydo vandenilį savo šerdyje, kad susidarytų helis.

Saulė veikia Saulės sistemą įvairiais būdais. Ji moko astronomus, kaip veikia žvaigždės. NASA/Goddardo kosminių skrydžių centras

Per visą savo istoriją Saulė atrodė beveik taip pat. Mums tai visada buvo šis švytintis, gelsvai baltas objektas danguje. Atrodo, kad bent jau pas mus nesikeičia. Taip yra todėl, kad jis gyvena labai skirtingu laikotarpiu nei žmonės. Tačiau jis keičiasi, bet labai lėtai, palyginti su greitu, kuriuo gyvename savo trumpą ir greitą gyvenimą. Jei pažvelgtume į žvaigždės gyvenimą Visatos amžiaus skalėje (apie 13,7 milijardo metų), tada Saulė ir kitos žvaigždės gyvena gana įprastą gyvenimą. Tai yra, jie gimsta, gyvena, vystosi ir miršta per dešimtis milijonų ar milijardus metų.

Kad suprastų, kaip vystosi žvaigždės, astronomai turi žinoti, kokių tipų žvaigždės yra ir kodėl jos viena nuo kitos skiriasi svarbiais būdais. Vienas žingsnis – žvaigždes „rūšiuoti“ į skirtingas dėžes, kaip žmonės gali rūšiuoti monetas ar rutuliukus. Tai vadinama „žvaigždžių klasifikacija“ ir vaidina didžiulį vaidmenį suprantant, kaip veikia žvaigždės.

Žvaigždžių klasifikavimas

Astronomai rūšiuoja žvaigždes į daugybę „dėžių“, naudodami šias charakteristikas: temperatūrą, masę, cheminę sudėtį ir pan. Pagal temperatūrą, šviesumą (šviesumą), masę ir cheminę sudėtį Saulė priskiriama vidutinio amžiaus. žvaigždė tai yra jo gyvenimo laikotarpis, vadinamas „pagrindine seka“.

Ši Hertzprung-Russell diagramos versija vaizduoja žvaigždžių temperatūrą ir jų šviesumą. Žvaigždės padėtis diagramoje suteikia informacijos apie tai, kurioje stadijoje ji yra, taip pat apie jos masę ir ryškumą. Europos pietinė observatorija

Beveik visos žvaigždės didžiąją savo gyvenimo dalį praleidžia šioje pagrindinėje sekoje, kol miršta; kartais švelniai, kartais žiauriai.

Viskas apie sintezę

Pagrindinis apibrėžimas, kas sudaro pagrindinės sekos žvaigždę, yra toks: tai žvaigždė, kuri savo šerdyje sulieja vandenilį su heliu. Vandenilis yra pagrindinė žvaigždžių statybinė medžiaga. Tada jie jį naudoja kurdami kitus elementus.

Kai susiformuoja žvaigždė, ji tai daro todėl, kad vandenilio dujų debesis pradeda trauktis (traukti kartu) veikiamas gravitacijos jėgos. Taip debesies centre susidaro tanki, karšta protožvaigždė. Tai tampa žvaigždės šerdimi.

„Spitzer Legacy“ komanda „Šerdys į diskus“ naudojo dvi NASA Spitzerio kosminio teleskopo infraraudonųjų spindulių kameras, kad ieškotų tankių tarpžvaigždinių molekulinių debesų (žinomų kaip „šerdys“) ir ieškotų žvaigždžių formavimosi įrodymų. NASA/JPL-Caltech/N. Evansas (Teksaso universitetas Ostine) / DSS

Tankis šerdyje pasiekia tašką, kai temperatūra yra bent 8–10 milijonų laipsnių Celsijaus. Išoriniai protožvaigždės sluoksniai spaudžia šerdį. Šis temperatūros ir slėgio derinys pradeda procesą, vadinamą branduolių sinteze. Štai tada gimsta žvaigždė. Žvaigždė stabilizuojasi ir pasiekia būseną, vadinamą „hidrostatine pusiausvyra“, ty tada, kai spinduliuotės slėgis iš šerdies yra subalansuotas didžiulėmis gravitacinėmis jėgomis, kurias bando sugriūti žvaigždė. Kai tenkinamos visos šios sąlygos, žvaigždė yra „pagrindinėje sekoje“ ir tęsia savo gyvenimą, aktyviai paversdama vandenilį savo šerdyje heliu.

Viskas apie mišias

Masė vaidina svarbų vaidmenį nustatant tam tikros žvaigždės fizines savybes. Tai taip pat suteikia užuominų, kiek ilgai žvaigždė gyvens ir kaip mirs. Kuo didesnė žvaigždės masė, tuo didesnis gravitacinis slėgis bando žvaigždę žlugti. Norint kovoti su šiuo didesniu slėgiu, žvaigždei reikia didelio sintezės greičio. Kuo didesnė žvaigždės masė, tuo didesnis slėgis šerdyje, tuo aukštesnė temperatūra ir tuo didesnis susiliejimo greitis. Tai lemia, kaip greitai žvaigždė sunaudos kurą.

Masyvi žvaigždė greičiau sulies savo vandenilio atsargas. Tai greičiau pašalina iš pagrindinės sekos nei mažesnės masės žvaigždė, kuri lėčiau naudoja kurą.

Išeinant iš pagrindinės sekos

Kai žvaigždėms pritrūksta vandenilio, jos savo šerdyje pradeda lydytis helio. Tai yra tada, kai jie palieka pagrindinę seką. Didelės masės žvaigždėmis tampa raudonieji supergigantai , o paskui vystytis ir tapti mėlynieji supergigantai. Jis sulieja helią į anglį ir deguonį. Tada jis pradeda lydyti juos į neoną ir pan. Iš esmės žvaigždė tampa cheminių medžiagų kūrimo fabriku, kurio sintezė vyksta ne tik šerdyje, bet ir aplink jį esančiuose sluoksniuose.

Galiausiai labai didelės masės žvaigždė bando sulydyti geležį. Tai tos žvaigždės mirties bučinys. Kodėl? Kadangi geležies lydymas užima daugiau energijos, nei turi žvaigždė. Tai sustabdo sintezės gamyklą, mirusią. Kai tai atsitiks, išoriniai žvaigždės sluoksniai subyra ant šerdies. Tai vyksta gana greitai. Išoriniai šerdies kraštai pirmiausia krenta nuostabiu maždaug 70 000 metrų per sekundę greičiu. Kai tai atsitrenkia į geležies šerdį, visa tai pradeda atsimušti, o tai sukuria smūgio bangą, kuri per kelias valandas prasiskverbia per žvaigždę. Šio proceso metu sukuriami nauji, sunkesni elementai, kai smūgio priekis praeina pro žvaigždės medžiagą.
Tai vadinama „šerdies žlugimo“ supernova. Galiausiai išoriniai sluoksniai išskrenda į kosmosą, o lieka sugriuvusi šerdis, kuri tampa neutroninė žvaigždė arba Juodoji skylė .

Krabo ūkas yra likutis, likęs po to, kai didžiulė žvaigždė sprogo kaip supernova. Šis sudėtinis Krabo ūko vaizdas, sudarytas iš 24 NASA Hablo kosminio teleskopo vaizdų, rodo gijinių žvaigždės liekanų ypatybes, kai jos medžiaga plinta į erdvę. NASA/ESA/ASU/J. Hester ir A. Loll

Kai mažesnės masės žvaigždės palieka pagrindinę seką

Žvaigždės, kurių masė yra nuo pusės Saulės masės (ty pusės Saulės masės) iki maždaug aštuonių saulės masių, sulydys vandenilį į helią, kol bus sunaudotas kuras. Tuo metu žvaigždė tampa raudona milžine. Žvaigždė pradeda lydyti helią į anglį, o išoriniai sluoksniai plečiasi, kad žvaigždė virstų pulsuojančiu geltonu milžinu.

Kai didžioji dalis helio susilieja, žvaigždė vėl tampa raudona milžine, dar didesne nei anksčiau. Išoriniai žvaigždės sluoksniai išsiplečia į erdvę, sukurdami a planetinis ūkas . Anglies ir deguonies šerdis bus palikta a pavidalu baltasis nykštukas .

Ar taip Saulė atrodys tolimoje ateityje? Šis nepaprastas burbulas, švytintis kaip žvaigždės vaiduoklis persekiojančioje erdvės tamsoje, gali pasirodyti antgamtinis ir paslaptingas, tačiau tai pažįstamas astronominis objektas: planetinis ūkas, mirštančios žvaigždės liekanos. Tai geriausias iki šiol gautas mažai žinomo objekto ESO 378-1 vaizdas, užfiksuotas ESO labai dideliu teleskopu Čilės šiaurėje. Europos pietinė observatorija

Žvaigždės, mažesnės nei 0,5 saulės masės, taip pat sudarys baltąsias nykštukes, tačiau jos negalės sulieti helio, nes branduolyje dėl mažo dydžio trūksta slėgio. Todėl šios žvaigždės yra žinomos kaip helio baltosios nykštukės. Kaip ir neutroninės žvaigždės, juodosios skylės ir supergigantai, jie nebepriklauso pagrindinei sekai.