Зірки справді народжуються із зоряного пилу, а оскільки зірки - це фабрики, що виробляють всі важкі елементи, наш світ і все, що в ньому, також походить із зоряного пилу.
Хмари з нього, що складаються здебільшого з молекул газоподібного водню, пливуть навколо в немислимому холоді космосу, доки гравітація не змушує їх руйнуватися на собі і утворювати зірки.
Всі зірки створені рівними, але, як і люди, вони бувають у багатьох варіаціях. Основним фактором, що визначає характеристики зірки, є кількість зоряного пилу, що бере участь у її утворенні.
Деякі зірки дуже великі, і вони мають коротке, вражаюче життя, тоді як інші настільки малі, що їм ледве вистачало маси, щоб стати зіркою, і у них надзвичайно довге життя. Життєвий цикл зірки, як пояснюють NASA та інші космічні органи, сильно залежить від маси.
Зірки, приблизно такі, як наше сонце, вважаються маленькими зірками, але вони не такі маленькі, як червоні гноми, які мають масу приблизно вдвічі меншу від сонця і настільки близькі до вічності, наскільки може зірка отримати.
Життєвий цикл такої зірки, як Сонце, яку класифікують як зірку типу G, основної послідовності (або жовтого карлика), триває близько 10 мільярдів років. Хоча зірки такого розміру не стають надновими, вони закінчують своє життя драматично.
Формування протозірки
Гравітація, таємнича сила, яка тримає наші ноги приклеєними до землі, а планети обертаються по своїх орбітах, відповідає за формування зірок. У хмарах міжзоряного газу та пилу, що плавають навколо Всесвіту, гравітація зливає молекули в невеликі грудочки, які звільняються від батьківських хмар, щоб стати протозірками. Іноді колапс спричиняється космічною подією, наприклад, надновою.
Завдяки своїй збільшеній масі, протозірки можуть залучати більше зоряного пилу. Збереження імпульсу призводить до того, що речовина, що руйнується, утворює обертовий диск і температуру збільшується через збільшення тиску і кінетичної енергії, що виділяється молекулами газу, що притягуються до центр.
Вважається, що кілька протозірок існують, зокрема, в туманності Оріон. Дуже молоді занадто дифузні, щоб їх було видно, але з часом вони зливаються між собою. Коли це трапляється, накопичення речовини затримує в ядрі інфрачервоне випромінювання, яке ще більше підвищує температуру та тиск, врешті-решт запобігаючи потраплянню більшої кількості речовини в ядро.
Конверт зірки продовжує залучати матерію і рости, проте, поки не станеться щось неймовірне.
Термоядерна іскра життя
Важко повірити, що сила тяжіння, яка є порівняно слабкою силою, може спричинити ланцюг подій, що призводить до термоядерної реакції, але ось що відбувається. Коли протозірка продовжує нарощувати речовину, тиск в ядрі стає настільки інтенсивним, що водень починає плавитися в гелій, а протозірка стає зіркою.
Поява термоядерної активності створює інтенсивний вітер, який імпульсує від зірки вздовж осі обертання. Матеріал, що циркулює по периметру зірки, викидається цим вітром. Це фаза Т-Тельця утворення зірки, яка характеризується енергійною поверхневою активністю, включаючи спалахи та виверження. Під час цієї фази, яка для зірки розміром із Сонце, зірка може втратити до 50 відсотків маси протягом декількох мільйонів років.
Згодом матеріал по периметру зірки починає розсіюватися, а те, що залишилось, зливається в планети. Сонячний вітер вщухає, і зірка осідає в періоді стійкості в основній послідовності. Протягом цього періоду зовнішня сила, що утворюється внаслідок реакції злиття водню з гелієм, що відбувається в ядрі, врівноважує внутрішнє тяжіння сили тяжіння, і зірка ні втрачає, ні отримує речовини.
Життєвий цикл малої зірки: основна послідовність
Більшість зірок на нічному небі є зірками основної послідовності, оскільки цей період є найдовшим на сьогоднішній день у житті будь-якої зірки. Перебуваючи в основній послідовності, зірка сплавляє водень з гелієм, і вона продовжує це робити, поки не закінчиться водневе паливо.
Реакція синтезу відбувається швидше у масивних зірок, ніж у менших, тому масивні зірки горять гарячіше, білим або синім світлом, і горять коротше. У той час як зірка розміром із Сонце триватиме 10 мільярдів років, супермасивний блакитний велетень може тривати лише 20 мільйонів.
Загалом у зірках основної послідовності відбуваються два типи термоядерних реакцій, але у менших зірок, таких як Сонце, відбувається лише один тип: протонно-протонна ланцюг.
Протони - ядра водню, і в ядрі зірки вони рухаються досить швидко, щоб подолати електростатичне відштовхування і зіткнутися, утворюючи ядра гелію-2, вивільняючи v-нейтрино та позитрон у процесі. Коли інший протон стикається з новоутвореним ядром гелію-2, вони зливаються в гелій-3 і виділяють гамма-фотон. Нарешті, два ядра гелію-3 стикаються, щоб створити одне ядро гелію-4 і ще два протони, які продовжують ланцюгову реакцію, отже, загалом, протон-протонна реакція споживає чотири протони.
Один підланцюг, який відбувається в межах основної реакції, утворює берилій-7 та літій-7, але це перехідні елементи, які після зіткнення з позитроном поєднують у собі два ядра гелію-4. Інший підланцюг виробляє берилій-8, який нестійкий і мимовільно розпадається на два ядра гелію-4. На ці підпроцеси припадає близько 15 відсотків загального виробництва енергії.
Послідовна послідовність - Золоті роки
Золоті роки в життєвому циклі людини - це ті, в яких енергія починає згасати, і те саме стосується зірки. Золоті роки для зірки з низькою масою настають, коли зірка витратила все водневе паливо в своєму ядрі, і цей період також відомий як основна послідовність. Реакція синтезу в ядрі припиняється, і зовнішня оболонка гелію руйнується, створюючи теплову енергію, оскільки потенційна енергія в руйнуючійся оболонці перетворюється на кінетичну енергію.
Додаткове нагрівання змушує водень в оболонці знову починати плавитися, але цього разу реакція виробляє більше тепла, ніж коли вона відбувалась лише в ядрі.
Злиття шару водневої оболонки штовхає краї зірки назовні, а зовнішня атмосфера розширюється і охолоджується, перетворюючи зірку в червоного гіганта. Коли це трапиться із Сонцем приблизно через 5 мільярдів років, воно збільшить половину відстані до Землі.
Розширення супроводжується підвищенням температури в ядрі, оскільки більша кількість гелію потрапляє в результаті реакцій плавлення водню, що відбуваються в оболонці. Нагрівається настільки, що в ядрі починається плавлення гелію, утворюючи берилій, вуглець та кисень, і як тільки ця реакція (яка називається спалахом гелію) починається, вона швидко поширюється.
Після вичерпання гелію в оболонці ядро маленької зірки не може виробляти достатньо тепла, щоб сплавити важчі елементи, які були створені, і оболонка, що оточує ядро, знову руйнується. Цей колапс генерує значну кількість тепла - достатнього для початку плавлення гелію в оболонці - і нового реакція починає новий період розширення, протягом якого радіус зірки збільшується в 100 разів більше від початкового радіус.
Коли наше сонце досягне цієї стадії, воно розшириться за межі орбіти Марса.
Зоряні зірки розширюються, щоб стати планетарними туманностями
Будь-яка історія життєвого циклу зірки для дітей повинна містити пояснення планетарних туманностей, оскільки вони є одними з найбільш вражаючих явищ у Всесвіті. Термін планетарна туманність є неправильним терміном, оскільки він не має нічого спільного з планетами.
Це явище, яке відповідає за драматичні образи Божого Ока (туманність Спіраль) та інші подібні образи, що населяють Інтернет. Планетарна туманність далеко не планетарна за своєю природою є ознакою загибелі маленької зірки.
Коли зірка розширюється до своєї другої червоної гігантської фази, ядро одночасно руйнується в надто гарячий білий карлик, який є щільним залишком, який має більшу частину маси вихідної зірки, упаковану у розмір Землі сфера. Білий карлик випромінює ультрафіолетове випромінювання, яке іонізує газ в оболонці, що розширюється, створюючи драматичні кольори та форми.
Залишився білий карлик
Планетарні туманності довго не існують, розсіюючись приблизно через 20 000 років. Однак біла карликова зірка, яка залишається після розсіяння планетарної туманності, дуже довго зберігається. В основному це грудка вуглецю та кисню, змішана з електронами, упакована настільки щільно, що, як кажуть, вироджена. Відповідно до законів квантової механіки, їх не можна стискати далі. Зірка в мільйон разів щільніше води.
Ніяких реакцій синтезу всередині білого карлика не відбувається, але він залишається гарячим завдяки своїй невеликій площі поверхні, що обмежує кількість енергії, яку він випромінює. Врешті-решт він охолоне, перетворившись на чорну, інертну грудку вуглецю та вироджені електрони, але це займе від 10 до 100 мільярдів років. Всесвіт недостатньо старий, щоб це ще сталося.
Маса впливає на життєвий цикл
Зірка розміром із Сонце стане білим карликом, коли вона споживатиме своє водневе паливо, але зірка з масою в ядрі, що в 1,4 рази перевищує розмір Сонця, зазнає іншої долі.
Зірки з такою масою, яка відома як межа Чандрасехара, продовжують руйнуватися, оскільки сили тяжіння достатньо, щоб подолати зовнішній опір виродження електронів. Замість того, щоб стати білими карликами, вони стають нейтронними зірками.
Оскільки межа маси Чандрасехара застосовується до ядра після того, як зірка випромінювала більшу частину своєї маси, і оскільки втрачена маса Значно, що зірка повинна мати приблизно у вісім разів більше маси Сонця, перш ніж потрапити у фазу червоного гіганта, щоб стати нейтронною зіркою.
Червоні карликові зірки - це ті, що мають масу від половини до трьох чвертей сонячної маси. Вони найкрутіші з усіх зірок і не накопичують у своїх ядрах стільки гелію. Отже, вони не розростаються і стають червоними гігантами, коли вичерпали своє ядерне паливо. Натомість вони контрактують безпосередньо на білих карликів без утворення планетарної туманності. Оскільки ці зірки горять так повільно, проте пройде багато часу - можливо, цілих 100 мільярдів років - перш ніж одна з них зазнає цього процесу.
Зірки з масою менше 0,5 сонячної маси відомі як коричневі карлики. Вони насправді зовсім не зірки, тому що коли вони утворювались, їм не вистачало маси, щоб ініціювати синтез водню. Сили гравітації, що стискають, справді генерують достатньо енергії, щоб такі зірки могли випромінювати, але вона має ледь помітне світло на дальньому червоному кінці спектра.
Оскільки витрата палива відсутній, ніщо не заважає такій зірці залишатися точно такою, якою вона є, поки триває Всесвіт. Їх може бути один або багато в безпосередній близькості від Сонячної системи, і оскільки вони світять так слабо, ми ніколи не дізнаємось, що вони там.