Co to jest gwiazda i jak działa?

Gwiazdy zawsze intrygowały ludzi, prawdopodobnie od momentu, gdy nasz najstarszy przodek wyszedł na zewnątrz i spojrzał na nocne niebo. Wciąż wychodzimy w nocy, kiedy możemy, i patrzymy w górę, zastanawiając się nad tymi migoczącymi przedmiotami. Z naukowego punktu widzenia stanowią one podstawę astronomii, czyli badania gwiazd (i ich galaktyk). Gwiazdy odgrywają znaczącą rolę w filmach science fiction, programach telewizyjnych i grach jako tło dla opowieści przygodowych. Więc jakie są te migoczące punkty światła, które wydają się ułożone we wzory na nocnym niebie?

Z Ziemi widoczne są tysiące gwiazd, szczególnie jeśli obserwujemy je w naprawdę ciemnym obszarze obserwacji nieba). Jednak w samej Drodze Mlecznej są ich setki milionów, nie wszystkie widoczne dla ludzi na Ziemi. Droga Mleczna jest nie tylko domem dla wszystkich tych gwiazd, ale zawiera „gwiezdne żłobki”, w których wykluwają się nowonarodzone gwiazdy w chmurach gazu i pyłu.

Wszystkie gwiazdy są bardzo, bardzo daleko, z wyjątkiem Słońca. Reszta znajduje się poza naszym Układem Słonecznym. Najbliższy nam nazywa się Proxima Centaurii leży 4.2 lata świetlne z dala.

Większość obserwatorów obserwujących przez jakiś czas zaczyna zauważać, że niektóre gwiazdy są jaśniejsze od innych. Wiele osób wydaje się mieć również słaby kolor. Niektóre wyglądają na niebieskie, inne białe, a jeszcze inne słabo żółte lub czerwonawe odcienie. Jest wiele różne rodzaje gwiazd we wszechświecie.

Kąpiemy się w świetle gwiazdy - Słońca. Różni się od planet, które są bardzo małe w porównaniu ze Słońcem i zwykle są zbudowane ze skały (takiej jak Ziemia i Mars) lub chłodnych gazów (takich jak Jowisz i Saturn). Dzięki zrozumieniu, jak działa Słońce, astronomowie mogą uzyskać głębszy wgląd w działanie wszystkich gwiazd. I odwrotnie, jeśli badają wiele innych gwiazd przez całe swoje życie, możliwe jest również określenie przyszłości naszej własnej gwiazdy.

Podobnie jak wszystkie inne gwiazdy we wszechświecie, Słońce jest ogromną, jasną kulą gorącego, świecącego gazu utrzymywaną razem przez własną grawitację. Żyje w Galaktyce Drogi Mlecznej wraz z około 400 miliardami innych gwiazd. Wszystkie działają według tej samej podstawowej zasady: łączą atomy w rdzeniach, aby wytworzyć ciepło i światło. Tak działa gwiazda.

Dla Słońca oznacza to, że atomy wodoru są uderzane o siebie pod wpływem wysokiej temperatury i ciśnienia. Rezultatem jest atom helu. Ten proces fuzji uwalnia ciepło i światło. Proces ten nazywa się „nukleosyntezą gwiazd” i jest źródłem wielu pierwiastków we wszechświecie cięższych niż wodór i hel. Tak więc z gwiazd takich jak Słońce przyszły wszechświat otrzyma takie pierwiastki, jak węgiel, który wytworzy w miarę starzenia się. Bardzo „ciężkie” pierwiastki, takie jak złoto lub żelazo, powstają w masywniejszych gwiazdach po śmierci, a nawet w katastrofalnych zderzeniach gwiazd neutronowych.

W jaki sposób gwiazda dokonuje tej „gwiezdnej nukleosyntezy” i nie rozrywa się w tym procesie? Odpowiedź: równowaga hydrostatyczna. Oznacza to, że grawitacja masy gwiazdy (która przyciąga gazy do wewnątrz) jest równoważona przez zewnętrzne ciśnienie ciepła i światła - promieniowanie ciśnienie - wywołane przez syntezę jądrową w rdzeniu.

Ta fuzja jest procesem naturalnym i wymaga ogromnej ilości energii, aby zainicjować wystarczającą liczbę reakcji fuzji, aby zrównoważyć siłę grawitacji w gwieździe. Jądro gwiazdy musi osiągnąć temperaturę przekraczającą około 10 milionów kelwinów, aby rozpocząć stopienie wodoru. Na przykład nasze Słońce ma temperaturę rdzenia około 15 milionów Kelwinów.

Gwiazda, która zużywa wodór w celu wytworzenia helu, nazywa się gwiazdą „głównej sekwencji” przez cały czas, gdy jest obiektem stapiającym wodór. Kiedy zużywa całe swoje paliwo, rdzeń kurczy się, ponieważ zewnętrzne ciśnienie promieniowania nie wystarcza już do zrównoważenia siły grawitacji. Temperatura rdzenia wzrasta (ponieważ jest ściskana), co daje mu wystarczającą „oomph”, aby rozpocząć stopienie atomów helu w węgiel. W tym momencie gwiazda staje się czerwonym gigantem. Później, gdy zabraknie mu paliwa i energii, gwiazda kurczy się i staje się białym karłem.

Kolejna faza ewolucji gwiazdy zależy od jej masy, ponieważ to dyktuje jak to się skończy. Gwiazda o niskiej masie, jak nasze Słońce, ma inny los z gwiazd o wyższych masach. Zdmuchnie zewnętrzne warstwy, tworzenie mgławicy planetarnej z białym karłem na środku. Astronomowie badali wiele innych gwiazd, które przeszły ten proces, co daje im lepszy wgląd w to, jak Słońce zakończy swoje życie za kilka miliardów lat.

Jednak gwiazdy o dużej masie różnią się od Słońca pod wieloma względami. Żyją krótko i pozostawiają po sobie wspaniałe szczątki. Kiedy wybuchną jako supernowe, wysadzą swoje żywioły w kosmos. Najlepszym przykładem supernowej jest Mgławica Kraba w Byku. Rdzeń oryginalnej gwiazdy zostaje pozostawiony w tyle, gdy reszta jej materiału zostaje wyrzucona w przestrzeń kosmiczną. W końcu rdzeń mógłby się skompresować, tworząc gwiazdę neutronową lub czarną dziurę.

Gwiazdy istnieją w miliardach galaktyk we wszechświecie. Są ważną częścią ewolucji kosmosu. Były pierwszymi obiektami, które powstały ponad 13 miliardów lat temu, i obejmowały najwcześniejsze galaktyki. Kiedy umarli, przekształcili wczesny kosmos. Dzieje się tak, ponieważ wszystkie te elementy, które tworzą w swoich rdzeniach, wracają w kosmos, gdy umierają gwiazdy. I te elementy ostatecznie łączą się, tworząc nowe gwiazdy, planety, a nawet życie! Dlatego astronomowie często mówią, że jesteśmy stworzeni z „gwiezdnych rzeczy”.

Edytowany przez Carolyn Collins Petersen.