Život na glavnom slijedu: Kako se zvijezde razvijaju

Zvijezde su neke od temeljnih građevnih građevina svemira. Oni ne čine samo galaksije, već mnogi čine i planetarne sustave. Dakle, razumijevanje njihovog nastajanja i evolucije daje važne tragove za razumijevanje galaksija i planeta.

Sunce nam daje prvoklasni primjer za proučavanje, upravo ovdje u našem vlastitom Sunčevom sustavu. To je samo osam svjetlosnih minuta, tako da ne trebamo dugo čekati da vidimo značajke na njegovoj površini. Astronomi imaju niz satelita koji proučavaju Sunce, a dugo su znali o osnovama njegovog života. Kao prvo, to je sredovječna dob, a upravo usred razdoblja svog života nazvanog "glavni slijed". Za to vrijeme on u svojoj jezgri spaja vodik i stvara helij.

Kroz svoju povijest Sunce je izgledalo gotovo isto. Za nas je to uvijek bio taj blistav, žućkasto-bijeli objekt na nebu. Čini se da se to ne mijenja, barem za nas. To je zato što živi u vrlo različitoj vremenskoj skali od ljudi. Međutim, to se ipak mijenja, ali na vrlo spor način u odnosu na brzinu u kojoj živimo svoj kratki, brzi život. Ako pogledamo život zvijezde na skali starosti svemira (oko 13,7 milijardi godina), tada Sunce i ostale zvijezde žive prilično normalnim životima. Odnosno, rađaju se, žive, razvijaju se i umiru tijekom desetaka milijuna ili milijardi godina.

Da bi razumjeli kako se zvijezde razvijaju, astronomi moraju znati koje vrste zvijezda postoje i zašto se one međusobno razlikuju na važne načine. Jedan je korak razvrstavanje zvijezda u različite kante, baš kao što bi ljudi mogli sortirati kovanice ili mramore. Zove se "zvjezdana klasifikacija" i igra ogromnu ulogu u razumijevanju rada zvijezda.

Astronomi sortiraju zvijezde u nizu "kanti" koristeći sljedeće karakteristike: temperaturu, masu, kemijski sastav i tako dalje. Na temelju svoje temperature, svjetline (svjetline), mase i kemije, Sunce je klasificirano kao sredovječna zvijezda to se u razdoblju svog života naziva "glavnim redoslijedom".

Gotovo sve zvijezde provode većinu svog života na ovom glavnom slijedu dok ne umru; ponekad nježno, ponekad nasilno.

Osnovna definicija onoga što čini glavnu zvijezdu je sljedeća: to je zvijezda koja u svojoj jezgri spaja vodik u helij. Vodonik je osnovni građevni blok zvijezda. Zatim ga koriste za stvaranje drugih elemenata.

Kad se formira zvijezda, to se događa zato što se oblak vodikovog plina počinje sabijati (prikupljati) pod silom gravitacije. Ovo stvara gust, vruć protostar u središtu oblaka. To postaje jezgra zvijezde.

Gustoća u jezgri doseže točku u kojoj je temperatura najmanje 8 do 10 milijuna Celzijevih stupnjeva. Vanjski slojevi protostare pritiskaju se na jezgri. Ova kombinacija temperature i tlaka pokreće proces koji se naziva nuklearna fuzija. To je trenutak kad se rodi zvijezda. Zvijezda se stabilizira i dostiže stanje koje se naziva "hidrostatska ravnoteža", a to je kada vanjsko zračenje tlak jezgre uravnotežen je ogromnim gravitacijskim silama zvijezde koja se pokušava urušiti sebe. Kad su svi ti uvjeti zadovoljeni, zvijezda je "na glavnom slijedu" i započinje svoj život užurbanim pretvaranjem vodika u helij u svojoj jezgri.

Masa igra važnu ulogu u određivanju fizičkih karakteristika određene zvijezde. Također daje tragove koliko dugo će zvijezda živjeti i kako će umrijeti. Što je veća od mase zvijezde, to je veći gravitacijski pritisak koji pokušava zvijezdu uništiti. Da bi se borila s tim većim pritiskom, zvijezdi je potrebna velika brzina fuzije. Što je veća masa zvijezde, veći je tlak u jezgri, veća je temperatura i samim tim veća je brzina fuzije. To određuje koliko će brzo zvijezda potrošiti svoje gorivo.

Masivna zvijezda brže će osigurati svoje rezerve vodika. To ga brže uklanja iz glavnog niza nego zvijezda niže mase koja gorivo troši sporije.

Kad zvijezdama ponestane vodika, počinju topiti helij u svojim jezgrama. To je slučaj kad napuste glavni slijed. Zvijezde visoke mase postaju crveni superjunaci, a zatim evoluirati kako bi postali plavi superjunaci. To je fuzija helija u ugljik i kisik. Zatim počinje one spajati one u neon i tako dalje. U osnovi, zvijezda postaje tvornica kemijskog stvaranja, pri čemu se fuzija odvija ne samo u jezgri, već u slojevima koji okružuju jezgru.

Na kraju, zvijezda vrlo velike mase pokušava spojiti željezo. Ovo je poljubac smrti za tu zvijezdu. Zašto? Jer fuzija željeza oduzima više energije nego što ima zvijezda. Zaustavlja tvornicu fuzije mrtvu u svojim tragovima. Kad se to dogodi, vanjski slojevi zvijezde urušavaju se u jezgru. To se događa prilično brzo. Vanjski rubovi jezgre ispadaju prvi, nevjerojatnom brzinom od oko 70 000 metara u sekundi. Kad to pogodi željeznu jezgru, sve počinje odskakati, i to stvara udarni val koji prođe kroz zvijezdu za nekoliko sati. U tom se procesu stvaraju novi, teži elementi dok udarna fronta prolazi kroz materijal zvijezde.
To je ono što se naziva supernova "jezgra-kolaps". Na kraju se vanjski slojevi rasprše u svemir, a preostalo je urušena jezgra, koja postaje a neutronska zvijezda ili Crna rupa.

Zvijezde s masom između pola solarne mase (to jest polovine Sunčeve mase) i oko osam solarnih masa će topiti vodik u helij sve dok se gorivo ne potroši. U tom trenutku zvijezda postaje crveni div. Zvijezda počinje topiti helij u ugljik, a vanjski se slojevi šire kako bi se zvijezda pretvorila u pulsirajući žuti div.

Kad se većina helija spaja, zvijezda opet postaje crveni div, čak i veći nego prije. Vanjski se slojevi zvijezde šire u prostor, stvarajući a planetarna maglina. Jezgra ugljika i kisika ostavit će se u obliku a bijeli patuljak.

Zvijezde manje od 0,5 sunčevih masa također će tvoriti bijele patuljke, ali neće moći spojiti helij zbog nedostatka tlaka u jezgri od svoje male veličine. Stoga su ove zvijezde poznate kao helijski bijeli patuljci. Poput neutronskih zvijezda, crnih rupa i superjunaka, ove više ne pripadaju glavnom slijedu.