Mažos žvaigždės gyvenimo ciklas

Žvaigždės iš tikrųjų gimsta iš žvaigždžių dulkių, ir kadangi žvaigždės yra gamyklos, gaminančios visus sunkiuosius elementus, mūsų pasaulis ir viskas jame taip pat yra žvaigždžių dulkės.

Jo debesys, susidedantys daugiausia iš vandenilio dujų molekulių, plūduriuoja neįsivaizduojamame kosmoso šaltyje, kol gravitacija priverčia juos žlugti savyje ir suformuoti žvaigždes.

Visos žvaigždės yra sukurtos vienodos, tačiau, kaip ir žmonės, jų būna įvairių variantų. Pirminis žvaigždės ypatumus lemiantis žvaigždžių kiekis susidaro jai formuotis.

Kai kurios žvaigždės yra labai didelės, o jų gyvenimas yra trumpas, įspūdingas, o kitos tokios mažos, kad vos užteko masės, kad pirmiausia taptų žvaigžde, o jų gyvenimas yra nepaprastai ilgas. Žvaigždės gyvavimo ciklas, kaip paaiškina NASA ir kitos kosmoso valdžios institucijos, labai priklauso nuo masės.

Maždaug mūsų saulės dydžio žvaigždės laikomos mažomis žvaigždėmis, tačiau jos nėra tokios mažos, kaip raudonos nykštukai, kurių masė yra maždaug pusė saulės masės ir yra arti amžino, kaip gali žvaigždė gauti.

Mažos masės žvaigždės, tokios kaip saulė, klasifikuojama kaip G tipo, pagrindinės sekos žvaigždė (arba geltona nykštukė), gyvavimo ciklas trunka apie 10 milijardų metų. Nors tokio dydžio žvaigždės netampa supernovomis, jos gyvenimą užbaigia dramatiškai.

Gravitacija, ta paslaptinga jėga, kuri palaiko mūsų kojas prilipusias prie žemės, o planetos sukasi savo orbitose, yra atsakinga už žvaigždžių susidarymą. Tarp visatos plūduriuojančių tarpžvaigždinių dujų ir dulkių debesyse gravitacija sujungia molekules į mažus gumulėlius, kurie išsiskiria iš tėvų debesų ir tampa protostarais. Kartais žlugimą lemia kosminis įvykis, pavyzdžiui, supernova.

Dėl padidėjusios masės protostarinai sugeba pritraukti daugiau žvaigždžių dulkių. Išsaugojus impulsą, dėl sugriuvusios medžiagos susidaro besisukantis diskas ir temperatūra didėja dėl didėjančio slėgio ir kinetinės energijos, kurią išskiria dujų molekulės, pritraukiamos į centre.

Manoma, kad, be kita ko, Oriono ūkoje yra keletas protostarų. Labai jauni žmonės yra per daug išsklaidyti, kad būtų matomi, tačiau susijungdami jie ilgainiui tampa nepermatomi. Kai taip atsitinka, medžiagos kaupimasis sulaiko infraraudonąją spinduliuotę šerdyje, o tai dar labiau padidina temperatūrą ir slėgį, galiausiai neleisdamas daugiau materijos patekti į šerdį.

Žvaigždės vokas ir toliau traukia materiją ir vis auga, kol neįvyks kažkas neįtikėtino.

Sunku patikėti, kad gravitacija, kuri yra palyginti silpna jėga, gali sukelti įvykių grandinę, kuri veda į termobranduolinę reakciją, tačiau taip nutinka. Kai protostarinas ir toliau kaupia medžiagą, slėgis šerdyje tampa toks stiprus, kad vandenilis pradeda susilieti į helį, o protostarinas tampa žvaigžde.

Termobranduolinės veiklos atsiradimas sukuria intensyvų vėją, kuris pulsuoja iš žvaigždės išilgai sukimosi ašies. Medžiaga, cirkuliuojanti aplink žvaigždės perimetrą, išmetama šio vėjo. Tai yra žvaigždės formavimosi T-Tauri fazė, kuriai būdingas stiprus paviršiaus aktyvumas, įskaitant išsiplėtimus ir išsiveržimus. Per šią fazę žvaigždė gali prarasti iki 50 procentų savo masės, kuri saulės dydžio žvaigždei trunka keletą milijonų metų.

Galų gale medžiaga aplink žvaigždės perimetrą pradeda sklaidytis, o tai, kas liko, susilieja į planetas. Saulės vėjas nurimsta, o žvaigždė nusistovi į pagrindinės sekos stabilumo periodą. Šiuo laikotarpiu išorinė jėga, susidaranti vandenyje susiliejus vandeniui į helį, įvyksta šerdyje, subalansuoja vidinę traukos jėgą, o žvaigždė nei praranda, nei įgyja materijos.

Dauguma žvaigždžių naktiniame danguje yra pagrindinės žvaigždės, nes šis laikotarpis yra ilgiausias, palyginti su bet kurios žvaigždės gyvenimo trukme. Būdama pagrindinėje sekoje, žvaigždė susilieja vandenilį su heliu ir tai daro toliau, kol baigsis vandenilio kuras.

Susiliejimo reakcija masyviose žvaigždėse įvyksta greičiau nei mažesnėse, todėl masyvios žvaigždės dega karščiau, baltos arba mėlynos spalvos šviesa ir dega trumpiau. Nors saulės dydžio žvaigždė išliks 10 milijardų metų, labai masyvi mėlyna milžinė gali trukti tik 20 milijonų.

Apskritai pagrindinės sekos žvaigždėse vyksta dviejų tipų termobranduolinės reakcijos, tačiau mažesnėse žvaigždėse, tokiose kaip saulė, vyksta tik vienas tipas: protonų-protonų grandinė.

Protonai yra vandenilio branduoliai, ir žvaigždės šerdyje jie keliauja pakankamai greitai, kad įveiktų elektrostatinį atstūmimą, ir susiduria, kad susidarytų helio-2 branduoliai, išlaisvindami v-neutrino ir pozitronas procese. Kai kitas protonas susiduria su naujai susiformavusiu helio-2 branduoliu, jie susilieja į helį-3 ir išleidžia gama fotoną. Galiausiai susidūrę du helio-3 branduoliai sukuria vieną helio-4 branduolį ir dar du protonus, kurie tęsia grandininę reakciją, taigi, protono-protono reakcija iš viso sunaudoja keturis protonus.

Viena pagrindinė reakcija vykstanti pogrupis gamina berilį-7 ir ličio-7, tačiau tai yra pereinamieji elementai, kurie, susidūrę su pozitronu, sujungia du helio-4 branduolius. Kitas pogrupis gamina berilį-8, kuris yra nestabilus ir savaime suskaidomas į du helio-4 branduolius. Šie subprocesai sudaro apie 15 procentų visos energijos gamybos.

Auksiniai metai žmogaus gyvenimo cikle yra tie, kuriais energija pradeda nykti, ir tas pats pasakytina apie žvaigždę. Mažos masės žvaigždės auksiniai metai įvyksta tada, kai žvaigždė sunaudoja visą vandenilio kurą savo šerdyje, ir šis laikotarpis taip pat žinomas kaip po pagrindinės sekos. Lydymosi reakcija šerdyje nutrūksta, o išorinis helio apvalkalas žlunga, sukurdamas šiluminę energiją, nes potenciali energija žlungančiame apvalkale virsta kinetine energija.

Dėl papildomos šilumos korpuse esantis vandenilis vėl pradeda susilieti, tačiau šį kartą reakcija gamina daugiau šilumos nei ji įvyko tik šerdyje.

Susiliejus vandenilio apvalkalo sluoksniui, žvaigždės kraštai stumiasi į išorę, o išorinė atmosfera išsiplečia ir atvėsina, paversdama žvaigždę raudona milžine. Kai tai nutiks saulei per maždaug 5 milijardus metų, ji išsiplės pusę atstumo iki Žemės.

Plėtimą lydi padidėjusi temperatūra šerdyje, nes daugiau helio patenka į vandenilio sintezės reakcijas, vykstančias apvalkale. Jis tampa toks karštas, kad šerdyje prasideda helio sintezė, gaminanti berilį, anglį ir deguonį, o prasidėjus šiai reakcijai (vadinama helio blyksniu), ji greitai plinta.

Išnaudojus apvalkalo helį, mažos žvaigždės šerdis negali generuoti pakankamai šilumos, kad susilietų nuo sunkesnių sukurtų elementų, o šerdį supantis apvalkalas vėl sugriūva. Šis žlugimas sukuria nemažą šilumos kiekį - tiek, kad prasidėtų helio susiliejimas kiaute - ir naują reakcija prasideda nauju išsiplėtimo laikotarpiu, kurio metu žvaigždės spindulys padidėja net 100 kartų daugiau nei pradinis spindulys.

Kai mūsų saulė pasieks šią stadiją, ji išsiplės už Marso orbitos ribų.

Bet kurioje žvaigždės gyvenimo ciklo istorijoje vaikams turėtų būti paaiškinti planetiniai ūkai, nes jie yra vieni ryškiausių visatos reiškinių. Terminas „planetinis ūkas“ yra klaidingas pavadinimas, nes jis neturi nieko bendro su planetomis.

Tai reiškinys, atsakingas už dramatiškus Dievo akies vaizdus (spiralės ūką) ir kitus panašius vaizdus, ​​kurie populiarėja internete. Planetinis ūkas, toli gražu ne planetinio pobūdžio, yra mažos žvaigždės žūties parašas.

Žvaigždei išsiplėtus į antrąją raudonos milžinės fazę, šerdis tuo pačiu metu subyra į itin karštą baltą nykštukas, kuris yra tankus liekanas, kuriame didžioji dalis pradinės žvaigždės masės supakuota į Žemės dydžio sfera. Baltasis nykštukas skleidžia ultravioletinę spinduliuotę, kuri jonizuoja besiplečiančiame apvalkale esančias dujas, sukurdama dramatiškas spalvas ir formas.

Planetiniai ūkai nėra ilgaamžiai, išsisklaido maždaug per 20 000 metų. Baltoji nykštukinė žvaigždė, likusi išsisklaidžius planetos ūkui, yra labai ilgaamžė. Iš esmės tai yra anglies ir deguonies gumulas, sumaišytas su elektronais, kurie yra taip sandariai supakuoti, kad, sakoma, jie yra išsigimę. Pagal kvantinės mechanikos dėsnius jų negalima suspausti toliau. Žvaigždė yra milijoną kartų tankesnė už vandenį.

Baltojo nykštuko viduje nevyksta sintezės reakcijos, tačiau jis išlieka karštas dėl savo mažo paviršiaus ploto, kuris riboja jo skleidžiamą energijos kiekį. Galų gale jis atvės, kad taptų juoda, inertiška anglies guma ir degeneruojančiais elektronais, tačiau tai užtruks nuo 10 iki 100 milijardų metų. Visata nėra pakankamai sena, kad tai galėtų įvykti.

Saulės dydžio žvaigždė taps balta nykštukė, kai suvartos vandenilio kurą, tačiau žvaigždė, kurios pagrindinė masė yra 1,4 karto didesnė už saulės, išgyvena kitokį likimą.

Žvaigždės, turinčios šią masę, vadinamą Čandrasekharo riba, ir toliau žlunga, nes gravitacijos jėgos pakanka įveikti išorinį elektronų degeneracijos pasipriešinimą. Užuot tapę baltaisiais nykštukais, jie tampa neutronų žvaigždėmis.

Kadangi Čandrasekharo masės riba taikoma šerdžiai po to, kai žvaigždė spinduliuoja didelę savo masės dalį, ir kadangi prarasta masė kad ji taptų neutronine žvaigžde, prieš patekdama į raudonosios milžinės fazę, žvaigždė turi turėti maždaug aštuonis kartus didesnę saulės masę.

Raudonos nykštukinės žvaigždės yra tos, kurių masė yra nuo pusės iki trijų ketvirčių saulės masės. Jie yra šauniausi iš visų žvaigždžių ir savo šerdyse nesukaupia tiek daug helio. Taigi jie neišsiplės, kad taptų raudonaisiais milžinais, kai išeikvos branduolinį kurą. Vietoj to jie tiesiogiai susitraukia į baltąsias nykštukes, negamindami planetinio ūko. Kadangi šios žvaigždės dega taip lėtai, praeis daug laiko - galbūt net 100 milijardų metų - kol viena iš jų patirs šį procesą.

Žvaigždės, kurių masė mažesnė nei 0,5 saulės masės, yra žinomos kaip rudieji nykštukai. Jie iš tikrųjų nėra žvaigždės, nes kai jie susidarė, jie neturėjo pakankamai masės, kad inicijuotų vandenilio sintezę. Gniuždymo jėgos sukuria pakankamai energijos, kad tokios žvaigždės galėtų spinduliuoti, tačiau jos spindulys yra vos juntama šviesa tolimajame raudoname spektro gale.

Kadangi nėra kuro sąnaudų, niekas netrukdo tokiai žvaigždei likti tiksliai tokia, kokia yra tol, kol trunka visata. Jų gali būti vienas ar keli iš artimiausių Saulės sistemos kaimynių, ir kadangi jie šviečia taip silpnai, mes niekada nežinojome, kad jie ten yra.