Hvad er en stjerne, og hvordan fungerer den?

Stjernerne har altid fascineret mennesker, sandsynligvis fra det øjeblik vores tidligste forfader trådte ud og kiggede op på nattehimmelen. Vi går stadig ud om natten, når vi kan, og ser op og spekulerer over de skinnende genstande. Videnskabeligt er de grundlaget for videnskaben om astronomi, som er studiet af stjerner (og deres galakser). Stjerner spiller fremtrædende roller i science fiction-film og tv-shows og videospil som baggrunde til eventyrfortællinger. Så hvad er disse blinkende lyspunkter, der ser ud til at være arrangeret i mønstre over nattehimlen?

Der er tusinder af stjerner synlige for os fra Jorden, især hvis vi holder øje med i et rigtig mørkt himmelsessyn). Dog kun i Mælkevejen er der hundreder af millioner af dem, ikke alle synlige for mennesker på Jorden. Mælkevejen er ikke kun hjemsted for alle disse stjerner, den indeholder "stjernebarne gartnerier", hvor nyfødte stjerner bliver rukket ud i skyer med gas og støv.

Alle stjerner er meget, meget langt væk, bortset fra solen. Resten er uden for vores solsystem. Den nærmeste til os kaldes Proxima Centauri, og det ligger 4.2 lysår væk.

De fleste stargazers, der har observeret et stykke tid, begynder at bemærke, at nogle stjerner er lysere end andre. Mange ser ud til at have en svag farve. Nogle ser blå ud, andre hvide og andre svage gule eller rødlige nuancer. Der er mange forskellige typer stjerner i universet.

Vi soler sig i lyset af en stjerne - Solen. Det er forskelligt fra planeterne, som er meget små i sammenligning med Solen, og som normalt er lavet af klippe (såsom Jorden og Mars) eller kølige gasser (som Jupiter og Saturn). Ved at forstå, hvordan Solen fungerer, kan astronomer få en dybere indsigt i, hvordan alle stjerner fungerer. Omvendt, hvis de studerer mange andre stjerner gennem hele deres liv, er det muligt også at finde ud af vores egen stjernes fremtid.

Som alle andre stjerner i universet er Solen en enorm, lys sfære med varm, glødende gas, der holdes sammen af ​​sin egen tyngdekraft. Den bor i Mælkevejsgalaksen sammen med cirka 400 milliarder andre stjerner. De arbejder alle efter det samme grundlæggende princip: De smelter sammen atomer i deres kerner for at skabe varme og lys. Det er sådan en stjerne fungerer.

For solen betyder det, at brintatomer smækkes sammen under høj varme og tryk. Resultatet er et heliumatom. Denne fusionsproces frigiver varme og lys. Denne proces kaldes "stjernenukleosyntese" og er kilden til mange af elementerne i universet, der er tungere end brint og helium. Så fra stjerner som Solen vil det fremtidige univers få sådanne elementer som kulstof, som det vil gøre, når det ældes. Meget "tunge" elementer, såsom guld eller jern, laves i mere massive stjerner, når de dør, eller endda i katastrofale sammenstød mellem neutronstjerner.

Hvordan gør en stjerne denne "stjernernes nukleosyntese" og ikke sprænger sig fra hinanden i processen? Svaret: hydrostatisk ligevægt. Det betyder, at tyngdekraften i stjernens masse (som trækker gasserne indad) er afbalanceret af det udvendige tryk fra varme og lys - stråling pres - skabt af den nukleare fusion, der finder sted i kernen.

Denne fusion er en naturlig proces og tager en enorm mængde energi til at igangsætte nok fusionsreaktioner til at afbalancere tyngdekraften i en stjerne. En stjernekern skal nå temperaturer på over 10 millioner Kelvin for at begynde at smelte brint. Vores sol har for eksempel en kernetemperatur på omkring 15 millioner Kelvin.

En stjerne, der forbruger brint til at danne helium, kaldes en "hovedsekvens" -stjerne i hele tiden, at det er et brændstofsmeltende genstand. Når den bruger alt dets brændstof, trækkes kernen sammen, fordi det udstrålende tryk ikke længere er nok til at afbalancere tyngdekraften. Kernetemperaturen stiger (fordi den komprimeres), og det giver den nok "oomph" til at begynde at smelte heliumatomer ind i kulstof. På det tidspunkt bliver stjernen en rød kæmpe. Senere, da det løber tør for brændstof og energi, trækker stjernen sig sammen og bliver en hvid dværg.

Den næste fase i stjernens udvikling afhænger af dens masse, fordi det dikterer hvordan det vil ende. En stjerne med lav masse som vores sol, har en anden skæbne fra stjerner med højere masser. Det blæser af dets ydre lag, oprette en planetarisk tåge med en hvid dværg i midten. Astronomer har studeret mange andre stjerner, der har gennemgået denne proces, hvilket giver dem større indsigt i, hvordan Solen vil afslutte sit liv nogle få milliarder år fra nu.

Stjerner med høj masse er dog forskellig fra solen på mange måder. De lever korte liv og efterlader smukke rester. Når de eksploderer som supernovaer, sprænger de deres elementer ud i rummet. Det bedste eksempel på en supernova er Crab Nebula i Tyren. Kernen i den originale stjerne efterlades, når resten af ​​sit materiale sprænges til rummet. Til sidst kunne kernen komprimere for at blive en neutronstjerne eller et sort hul.

Stjerner findes i milliarder af galakser over hele universet. De er en vigtig del af kosmosens udvikling. De var de første objekter, der dannede mere end 13 milliarder år siden, og de omfattede de tidligste galakser. Da de døde, forvandlede de det tidlige kosmos. Det er fordi alle de elementer, de danner i deres kerner, vender tilbage til rummet, når stjerner dør. Og disse elementer kombineres i sidste ende og danner nye stjerner, planeter og endda liv! Derfor siger astronomer ofte, at vi er lavet af "stjernestoffer".

Redigeret af Carolyn Collins Petersen.