Livet på hovedsekvensen: Hvordan stjerner udvikles

Stjerner er nogle af de grundlæggende byggesten i universet. De udgør ikke kun galakser, men mange har også planetariske systemer. Så at forstå deres dannelse og udvikling giver vigtige ledetråde til at forstå galakser og planeter.

Solen giver os et førsteklasses eksempel til at studere lige her i vores eget solsystem. Det er kun otte lysminutter væk, så vi behøver ikke vente længe på at se funktioner på dens overflade. Astronomer har et antal satellitter, der studerer solen, og de har kendt i lang tid om det grundlæggende i dens liv. For det første er det middelaldrende og lige i midten af ​​sin levetid kaldet "hovedsekvensen". I løbet af denne tid smelter det brint i sin kerne til at fremstille helium.

Gennem sin historie har solen set stort set det samme. For os har det altid været denne glødende, gulhvide genstand på himlen. Det ser ikke ud til at ændre sig, i det mindste for os. Dette skyldes, at det lever på en meget anden tidsplan end mennesker gør. Det ændrer sig dog, men på en meget langsom måde sammenlignet med den hurtighed, vi lever i vores korte, hurtige liv. Hvis vi ser på en stjerners liv i skalaen fra universets alder (ca. 13,7 milliarder år), lever solen og andre stjerner alle ret normale liv. Det vil sige, de er født, lever, udvikler sig og dør derefter over titusinder af millioner eller milliarder af år.

For at forstå, hvordan stjerner udvikler sig, skal astronomer vide, hvilke typer stjerner der er, og hvorfor de adskiller sig fra hinanden på vigtige måder. Et skridt er at "sortere" stjerner i forskellige skraldespand, ligesom folk kan sortere mønter eller kugler. Det kaldes "stjerneklassificering", og det spiller en enorm rolle i forståelsen af, hvordan stjerner fungerer.

Astronomer sorterer stjerner i en række "bins" ved hjælp af disse egenskaber: temperatur, masse, kemisk sammensætning og så videre. Baseret på dens temperatur, lysstyrke (lysstyrke), masse og kemi klassificeres solen som en middelaldrende stjerne det er i en periode i dets liv kaldet "hovedsekvensen".

Næsten alle stjerner tilbringer størstedelen af ​​deres liv på denne hovedsekvens, indtil de dør; undertiden blidt, undertiden voldeligt.

Den grundlæggende definition af, hvad der gør en stjerne i hovedsekvensen er denne: det er en stjerne, der smelter brint til helium i sin kerne. Brint er den grundlæggende byggesten for stjerner. De bruger det derefter til at oprette andre elementer.

Når en stjerne dannes, gør den det, fordi en sky af brintgas begynder at trække sig sammen (trækkes sammen) under tyngdekraften. Dette skaber en tæt, varm protostar midt i skyen. Det bliver stjernens kerne.

Tætheden i kernen når et punkt, hvor temperaturen er mindst 8 til 10 millioner grader celsius. De ydre lag af protostaren presser ind på kernen. Denne kombination af temperatur og tryk starter en proces kaldet nuklear fusion. Det er det punkt, når en stjerne fødes. Stjernen stabiliserer og når en tilstand kaldet "hydrostatisk ligevægt", som er når den udadgående stråling trykket fra kernen er afbalanceret af stjernens enorme tyngdekræfter, der prøver at kollapse ind på sig selv. Når alle disse betingelser er opfyldt, er stjernen "i hovedsekvensen", og den går livligt med at gøre brint til helium i sin kerne.

Masse spiller en vigtig rolle i bestemmelsen af ​​de fysiske egenskaber hos en given stjerne. Det giver også spor til, hvor længe stjernen vil leve, og hvordan den vil dø. Jo større end stjernens masse, jo større er tyngdekraften, der prøver at kollapse stjernen. For at bekæmpe dette større pres har stjernen brug for en høj fusionshastighed. Jo større stjernen er, jo større er trykket i kernen, jo højere er temperaturen, og desto større er fusionshastigheden. Det bestemmer, hvor hurtigt en stjerne vil bruge sit brændstof.

En massiv stjerne vil smelte sammen sine brintreserver hurtigere. Dette tager det hurtigere ud af hovedsekvensen end en stjerne med lavere masse, der bruger sit brændstof langsommere.

Når stjerner er tør for brint, begynder de at smelte helium i deres kerner. Dette er, når de forlader hovedsekvensen. Stjerner med høj masse bliver røde supergiganter, og derefter udvikle sig til at blive blå supergiants. Det smelter helium til kulstof og ilt. Derefter begynder det at smelte dem ind i neon og så videre. Grundlæggende bliver stjernen en kemisk produktionsfabrik, hvor fusion ikke kun forekommer i kernen, men i lag omkring kernen.

Til sidst forsøger en meget stjerne med stor masse at smelte sammen jern. Dette er dødens kys for den stjerne. Hvorfor? Fordi smeltning af jern tager mere energi, end stjernen har til rådighed. Det stopper fusionsfabrikken død i dens spor. Når det sker, falder stjernens ydre lag sammen på kernen. Det sker temmelig hurtigt. De ydre kanter af kernen falder først med den fantastiske hastighed på ca. 70.000 meter i sekundet. Når det rammer jernkernen, begynder det hele at hoppe ud igen, og det skaber en chokbølge, der ripper gennem stjernen på få timer. I processen oprettes nye, tungere elementer, når chockfronten passerer gennem materialet i stjernen.
Dette er hvad der kaldes en "kernekollaps" supernova. Til sidst sprænger de ydre lag ud til rummet, og hvad der er tilbage er den kollapsede kerne, der bliver til neutronstjerne eller sort hul.

Stjerner med masser mellem en halv solmasse (dvs. halvdelen af ​​solens masse) og ca. otte solmasser smelter brint til helium, indtil brændstoffet er forbrugt. På det tidspunkt bliver stjernen en rød kæmpe. Stjernen begynder at smelte helium til kulstof, og de ydre lag udvides for at gøre stjernen til en pulserende gul kæmpe.

Når det meste af helium er smeltet, bliver stjernen igen en rød gigant, endnu større end før. De ydre lag af stjernen udvides til rummet og skaber en planetarisk tåge. Kernen i kulstof og ilt vil blive efterladt i form af en hvid dværg.

Stjerner mindre end 0,5 solmasser vil også danne hvide dværge, men de vil ikke være i stand til at smelte helium på grund af manglen på tryk i kernen fra deres lille størrelse. Derfor er disse stjerner kendt som heliumhvide dværge. Ligesom neutronstjerner, sorte huller og supergiganter hører disse ikke længere til hovedsekvensen.