Περιεχόμενο
- Ο σχηματισμός ενός πρωτόσταρου
- Η θερμοπυρηνική σπίθα της ζωής
- Μικρός Κύκλος Ζωής Αστέρων: Κύρια Ακολουθία
- Post-Main Sequence - Τα Χρυσά Χρόνια
- Τα ηλιόλουστα αστέρια επεκτείνονται για να γίνουν πλανητικά νεφέλαι
- Αυτό που απομένει είναι ένας λευκός νάνος
- Η μάζα επηρεάζει τον Κύκλο Ζωής
Τα αστέρια πραγματικά γεννιούνται από την αστέρι, και επειδή τα αστέρια είναι τα εργοστάσια που παράγουν όλα τα βαριά στοιχεία, ο κόσμος μας και όλα σε αυτό προέρχονται επίσης από αστέρι.
Τα σύννεφα του, αποτελούμενα κυρίως από μόρια αερίου υδρογόνου, επιπλέουν στο αδιανόητο κρύο του χώρου μέχρι που η βαρύτητα τους αναγκάζει να καταρρεύσουν και να σχηματίσουν αστέρια.
Όλα τα αστέρια δημιουργούνται ίσα, αλλά όπως και οι άνθρωποι, έρχονται σε πολλές παραλλαγές. Ο πρωταρχικός προσδιοριστής των χαρακτηριστικών των αστεριών είναι η ποσότητα της αστέρι αστέρι που εμπλέκεται στο σχηματισμό της.
Ορισμένα αστέρια είναι πολύ μεγάλα και έχουν σύντομη, θεαματική ζωή, ενώ άλλα είναι τόσο μικρά, που μόλις μετά βίας είχαν αρκετή μάζα για να γίνουν ένα αστέρι, και αυτά έχουν εξαιρετικά μεγάλη διάρκεια ζωής. Ο κύκλος ζωής ενός αστεριού, όπως εξηγεί η NASA και άλλες διαστημικές αρχές, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη μάζα.
Τα αστέρια περίπου του μεγέθους του ήλιου μας θεωρούνται μικρά αστέρια, αλλά δεν είναι τόσο μικρά όσο οι κόκκινοι νάνοι, οι οποίοι έχουν μάζα περίπου το ήμισυ του όγκου του ήλιου και είναι τόσο κοντά στην αιώνια όσο μπορεί να πάρει ένα αστέρι.
Ο κύκλος ζωής ενός αστέρος χαμηλής μάζας όπως ο ήλιος, ο οποίος είναι ταξινομημένος ως αστέρι κύριας αλληλουχίας τύπου G (ή κίτρινος νάνος), διαρκεί περίπου 10 δισεκατομμύρια χρόνια. Αν και αστέρια αυτού του μεγέθους δεν γίνονται σουπερνόβες, τελειώνουν τη ζωή τους δραματικά.
Ο σχηματισμός ενός πρωτόσταρου
Η βαρύτητα, αυτή η μυστηριώδης δύναμη που κρατά τα πόδια μας κολλημένα στο έδαφος και οι πλανήτες που γυρίζουν στις τροχιές τους, είναι υπεύθυνος για το σχηματισμό των αστεριών. Μέσα στα σύννεφα διαστρικό αέριο και σκόνη που επιπλέουν γύρω από το σύμπαν, η βαρύτητα συνενώνει τα μόρια σε μικρές συστάδες, οι οποίες σπάνε από τα γονικά τους σύννεφα για να γίνουν πρωτοστάτες. Μερικές φορές η κατάρρευση κατακρημνίζεται από ένα κοσμικό γεγονός, όπως μια σουπερνόβα.
Λόγω της αυξημένης μάζας τους, οι πρωτόγονοι είναι σε θέση να προσελκύσουν περισσότερη αστέρι. Η διατήρηση της ορμής προκαλεί την καταρρέουσα ύλη να σχηματίζει έναν περιστρεφόμενο δίσκο και η θερμοκρασία αυξάνεται λόγω της αυξανόμενης πίεσης και της κινητικής ενέργειας που απελευθερώνεται από μόρια αερίου που προσελκύονται από το κέντρο.
Πολλοί πρωτοστάτες πιστεύεται ότι υπάρχουν στο Νεφέλωμα του Ωρίωνα, μεταξύ άλλων. Πολύ νέοι είναι πολύ διάχυτοι για να είναι ορατοί, αλλά τελικά γίνονται αδιαφανείς καθώς συγχωνεύονται. Καθώς αυτό συμβαίνει, η συσσώρευση υλικών παγιδεύει την υπέρυθρη ακτινοβολία στον πυρήνα, η οποία αυξάνει περαιτέρω τη θερμοκρασία και την πίεση, εμποδίζοντας τελικά την πτώση της ύλης στον πυρήνα.
Το φάκελο του αστεριού συνεχίζει να προσελκύει την ύλη και να μεγαλώνει, μέχρι να εμφανιστεί κάτι απίστευτο.
Η θερμοπυρηνική σπίθα της ζωής
Είναι δύσκολο να πιστέψουμε ότι η βαρύτητα, η οποία είναι μια συγκριτικά ασθενής δύναμη, θα μπορούσε να προκαλέσει αλυσιδωτές εκδηλώσεις που οδηγούν σε μια θερμοπυρηνική αντίδραση, αλλά αυτό συμβαίνει. Καθώς ο protostar συνεχίζει να συσσωρεύει την ύλη, η πίεση στον πυρήνα γίνεται τόσο έντονη ώστε το υδρογόνο αρχίζει να συσσωρεύεται στο ήλιο και το πρωτόστατο γίνεται ένα αστέρι.
Η έλευση της θερμοπυρηνικής δραστηριότητας δημιουργεί έναν έντονο άνεμο που παλμούς από το αστέρι κατά μήκος του άξονα περιστροφής. Το υλικό που κυκλοφορεί γύρω από την περίμετρο του αστεριού εκτοξεύεται από αυτόν τον άνεμο. Αυτή είναι η φάση T-Tauri του σχηματισμού των άστρων, η οποία χαρακτηρίζεται από έντονη επιφανειακή δραστηριότητα, συμπεριλαμβανομένων των φωτοβολίδων και των εκρήξεων. Το αστέρι μπορεί να χάσει έως και το 50 τοις εκατό της μάζας του κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, η οποία για ένα αστέρι του μεγέθους του ήλιου, διαρκεί μερικά εκατομμύρια χρόνια.
Τελικά, το υλικό γύρω από την περίμετρο των αστεριών αρχίζει να διαχέεται και αυτό που απομένει συγχωνεύεται σε πλανήτες. Ο ηλιακός άνεμος υποχωρεί και το αστέρι εγκαθίσταται σε μια περίοδο σταθερότητας στην κύρια ακολουθία. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η εξωτερική δύναμη που δημιουργείται από την αντίδραση σύντηξης υδρογόνου προς ήλιο που συμβαίνει στον πυρήνα εξισορροπεί την εσωτερική έλξη βαρύτητας και το άστρο δεν χάνει ούτε κερδίζει ουσία.
Μικρός Κύκλος Ζωής Αστέρων: Κύρια Ακολουθία
Τα περισσότερα αστέρια στον νυχτερινό ουρανό είναι αστέρια κύριας αλληλουχίας, επειδή αυτή η περίοδος είναι η μακρύτερη από τη διάρκεια της ζωής οποιουδήποτε αστέρα. Ενώ στην κύρια ακολουθία, ένα αστέρ συγχωνεύει το υδρογόνο στο ήλιο και συνεχίζει να το κάνει έως ότου τελειώσει το καύσιμο υδρογόνου.
Η αντίδραση σύντηξης συμβαίνει ταχύτερα σε μαζικά αστέρια απ 'ότι σε μικρότερα, έτσι οι μαζικοί αστέρες καίγονται θερμότερα, με λευκό ή μπλε φως και καίγονται για μικρότερο χρόνο. Ενώ ένα αστέρι με το μέγεθος του ήλιου θα διαρκέσει 10 δισεκατομμύρια χρόνια, ένας σούπερ μαζικός μπλε γίγαντας θα μπορούσε να διαρκέσει μόνο 20 εκατομμύρια.
Γενικά, δύο τύποι θερμοπυρηνικών αντιδράσεων εμφανίζονται σε αστέρια κύριας αλληλουχίας, αλλά σε μικρότερα αστέρια, όπως ο ήλιος, εμφανίζεται μόνο ένας τύπος: η αλυσίδα πρωτονίων-πρωτονίων.
Τα πρωτόνια είναι πυρήνες υδρογόνου και σε έναν πυρήνα των αστεριών ταξιδεύουν αρκετά γρήγορα για να ξεπεράσουν την ηλεκτροστατική απώθηση και να συγκρουστούν για να σχηματίσουν πυρήνες ηλίου-2, απελευθερώνοντας ένα v-νεutrino και ένα ποζιτρόνιο στη διαδικασία. Όταν ένα άλλο πρωτόνιο συγκρούεται με ένα πρόσφατα σχηματισμένο ήλιο-2 πυρήνα, συγχωνεύονται στο ήλιο-3 και απελευθερώνουν ένα γ-φωτόνιο. Τέλος, δύο πυρήνες ηλίου-3 συγκρούονται για να δημιουργήσουν έναν πυρήνα ηλίου-4 και δύο ακόμα πρωτόνια, τα οποία συνεχίζουν να συνεχίζουν την αλυσιδωτή αντίδραση, έτσι ώστε συνολικά η αντίδραση πρωτονίων-πρωτονίων να καταναλώνει τέσσερα πρωτόνια.
Μια υπο-αλυσίδα που συμβαίνει στην κύρια αντίδραση παράγει βηρύλλιο-7 και λίθιο-7, αλλά αυτά είναι μεταβατικά στοιχεία που συνδυάζουν, μετά από σύγκρουση με ποζιτρόνιο, δύο πυρήνες ηλίου-4. Μια άλλη υπο-αλυσίδα παράγει βηρύλλιο-8, το οποίο είναι ασταθές και χωρίζεται αυθόρμητα σε δύο πυρήνες ηλίου-4. Αυτές οι υπο-διαδικασίες αντιπροσωπεύουν περίπου το 15% της συνολικής παραγωγής ενέργειας.
Post-Main Sequence - Τα Χρυσά Χρόνια
Τα χρυσά χρόνια στον κύκλο ζωής ενός ανθρώπου είναι εκείνα στα οποία η ενέργεια αρχίζει να εξασθενεί και το ίδιο ισχύει και για ένα αστέρι. Τα χρυσά χρόνια για ένα αστέρι χαμηλής μάζας εμφανίζονται όταν το αστέρι έχει καταναλώσει όλο το καύσιμο υδρογόνου στον πυρήνα του, και αυτή η περίοδος είναι επίσης γνωστή ως post-main sequence. Η αντίδραση σύντηξης στον πυρήνα παύει και το εξωτερικό περίβλημα ηλίου καταρρέει, δημιουργώντας θερμική ενέργεια ως δυνητική ενέργεια στο κέλυφος που καταρρέει μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια.
Η επιπλέον θερμότητα αναγκάζει το υδρογόνο στο κέλυφος να ξεκινήσει να συγχωνεύεται και πάλι, αλλά αυτή τη φορά η αντίδραση παράγει περισσότερη θερμότητα από ό, τι όταν συνέβη μόνο στον πυρήνα.
Η σύντηξη του στρώματος του υδρογόνου ωθεί τις άκρες του άστρου προς τα έξω και η εξωτερική ατμόσφαιρα επεκτείνεται και δροσίζει, μετατρέποντας το αστέρι σε κόκκινο γίγαντα. Όταν αυτό συμβαίνει στον ήλιο σε περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια, θα εξαπλωθεί η μισή απόσταση από τη Γη.
Η επέκταση συνοδεύεται από αυξημένες θερμοκρασίες στον πυρήνα, καθώς όλο και περισσότερο η ήλιο εισάγεται από τις αντιδράσεις σύντηξης υδρογόνου που εμφανίζονται στο κέλυφος. Γίνεται τόσο ζεστό ώστε η σύντηξη του ηλίου αρχίζει στον πυρήνα, παράγει βηρύλλιο, άνθρακα και οξυγόνο, και μόλις ξεκινήσει αυτή η αντίδραση (που ονομάζεται φλας ηλίου), εξαπλώνεται γρήγορα.
Αφού εξαντληθεί το ήλιο στο κέλυφος, ο πυρήνας ενός μικρού υπερυψωμένου αστέρι παράγει αρκετή θερμότητα για να συγχωνεύσει τα βαρύτερα στοιχεία που έχουν δημιουργηθεί και το κέλυφος που περιβάλλει τον πυρήνα καταρρέει και πάλι. Αυτή η κατάρρευση δημιουργεί μια σημαντική ποσότητα θερμότητας - αρκετή για να ξεκινήσει η σύντηξη του ήλιου στο κέλυφος - και η νέα αντίδραση αρχίζει μια νέα περίοδο επέκτασης κατά την οποία η ακτίνα των αστέρων αυξάνεται κατά 100 φορές την αρχική της ακτίνα.
Όταν ο ήλιος φτάσει σε αυτό το στάδιο, θα επεκταθεί πέρα από την τροχιά του Άρη.
Τα ηλιόλουστα αστέρια επεκτείνονται για να γίνουν πλανητικά νεφέλαι
Κάθε ιστορία του κύκλου ζωής ενός αστέρι για τα παιδιά πρέπει να περιλαμβάνει μια εξήγηση των πλανητικών νεφελωμάτων, επειδή είναι μερικά από τα πιο εντυπωσιακά φαινόμενα του σύμπαντος. Ο όρος πλανητικό νεφέλωμα είναι ένα ψευδεπίγραφο, επειδή δεν έχει καμία σχέση με τους πλανήτες.
Είναι το φαινόμενο που είναι υπεύθυνο για τις δραματικές εικόνες του Μάτι του Θεού (το Νεφέλωμα Ελικών) και άλλες τέτοιες εικόνες που καταλαμβάνουν το Διαδίκτυο. Μακριά από την ύπαρξη πλανητικής φύσης, ένα πλανητικό νεφέλωμα είναι η υπογραφή ενός μικρού αστεριού.
Καθώς το αστέρι επεκτείνεται στη δεύτερη κόκκινη γίγαντα φάση του, ο πυρήνας καταρρέει ταυτόχρονα σε ένα εξαιρετικά ζεστό λευκό νάνο, το οποίο είναι ένα πυκνό απόθεμα που έχει το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του πρωτότυπου αστέρα που είναι συσκευασμένο σε μια σφαίρα μεγέθους Γή. Ο λευκός νάνος εκπέμπει υπεριώδη ακτινοβολία που ιονίζει το αέριο στο επεκτεινόμενο κέλυφος, παράγοντας δραματικά χρώματα και σχήματα.
Αυτό που απομένει είναι ένας λευκός νάνος
Τα πλανητικά νεφελώματα δεν είναι μακράς διαρκείας, διαχέονται σε περίπου 20.000 χρόνια. Το άσπρο νάνος που παραμένει μετά από ένα πλανητικό νεφέλωμα έχει διαλυθεί, ωστόσο, είναι πολύ μακράς διαρκείας. Βασικά είναι ένα κομμάτι άνθρακα και οξυγόνου που αναμιγνύεται με ηλεκτρόνια που συσκευάζονται τόσο σφιχτά ώστε λέγεται ότι είναι εκφυλισμένα. Σύμφωνα με τους νόμους της κβαντικής μηχανικής, δεν μπορούν να συμπιεστούν περαιτέρω. Το αστέρι είναι εκατομμύρια φορές πυκνότερο από το νερό.
Δεν υπάρχουν αντιδράσεις σύντηξης μέσα σε ένα λευκό νάνο, αλλά παραμένει καυτή λόγω της μικρής επιφανείας του, η οποία περιορίζει την ποσότητα ενέργειας που εκπέμπει. Θα τελικά δροσιστεί για να γίνει ένα μαύρο, αδρανές κομμάτι άνθρακα και εκφυλισμένων ηλεκτρονίων, αλλά αυτό θα διαρκέσει 10 έως 100 δισεκατομμύρια χρόνια. Το σύμπαν δεν είναι αρκετό για να έχει συμβεί αυτό ακόμα.
Η μάζα επηρεάζει τον Κύκλο Ζωής
Ένα αστέρι με το μέγεθος του ήλιου θα γίνει άσπρος νάνος όταν καταναλώνει το καύσιμο υδρογόνου, αλλά ένα με μάζα στον πυρήνα του 1,4 φορές μεγαλύτερο από τον ήλιο έχει διαφορετική τύχη.
Τα αστέρια με αυτή τη μάζα, η οποία είναι γνωστή ως το όριο Chandrasekhar, συνεχίζουν να καταρρέουν, επειδή η δύναμη της βαρύτητας είναι αρκετή για να ξεπεράσει την εξωτερική αντίσταση του εκφυλισμού ηλεκτρονίων. Αντί να γίνουν λευκοί νάνοι, γίνονται αστέρες νετρονίων.
Δεδομένου ότι το όριο μάζας Chandrasekhar εφαρμόζεται στον πυρήνα αφού το αστέρι έχει ακτινοβολήσει μεγάλο μέρος της μάζας του και δεδομένου ότι η χαμένη μάζα είναι σημαντική, το άστρο πρέπει να έχει περίπου οκτώ φορές τη μάζα του ήλιου προτού εισέλθει στην κόκκινη γιγαντιαία φάση για να γίνει αστέρι νετρονίων.
Κόκκινα αστέρια νάνος είναι εκείνα με μάζα μεταξύ μισών και τριών τετάρτων μιας ηλιακής μάζας. Είναι το πιο cool από όλα τα αστέρια και δεν συσσωρεύουν τόσο πολύ ήλιο στους πυρήνες τους. Κατά συνέπεια, δεν επεκτείνονται για να γίνουν κόκκινοι γίγαντες όταν έχουν εξαντλήσει το πυρηνικό τους καύσιμο. Αντ 'αυτού, συμβάλλουν άμεσα σε λευκούς νάνους χωρίς την παραγωγή ενός πλανητικού νεφελώματος. Επειδή αυτά τα αστέρια καίγονται τόσο αργά, όμως, θα είναι πολύς καιρός - ίσως και 100 δισεκατομμύρια χρόνια - πριν κάποιος από αυτούς υποστεί αυτή τη διαδικασία.
Τα αστέρια με μάζα λιγότερο από 0,5 ηλιακές μάζες είναι γνωστά ως καφέ νάνοι. Δεν είναι πραγματικά αστέρια καθόλου, επειδή όταν σχηματίστηκαν, δεν είχαν αρκετή μάζα για να ξεκινήσουν τη σύντηξη υδρογόνου. Οι συμπιεστικές δυνάμεις της βαρύτητας παράγουν αρκετή ενέργεια για να ακτινοβολούν τέτοια αστέρια, αλλά με ένα ελάχιστα αντιληπτό φως στο πολύ κόκκινο άκρο του φάσματος.
Επειδή δεν υπάρχει κατανάλωση καυσίμου, δεν υπάρχει τίποτα για να μην αποτρέψει ένα τέτοιο αστέρι να παραμείνει ακριβώς όπως είναι για όσο διάστημα το σύμπαν διαρκεί. Θα μπορούσε να υπάρχει ένας ή πολλοί από αυτούς στην άμεση γειτονιά του ηλιακού συστήματος, και επειδή λάμπουν τόσο αχνά, δεν γνωρίζουν ποτέ ότι ήταν εκεί.