Gwiazdy Sekwencji Głównej: Definicja i cykl życia

Gwiazdy ciągu głównego spalają atomy wodoru, aby utworzyć atomy helu w swoich rdzeniach. Około 90 procent gwiazd we wszechświecie, w tym Słońce, to gwiazdy ciągu głównego. Gwiazdy te mogą mieć masę od około jednej dziesiątej masy Słońca do 200 razy większą.

Gwiazdy zaczynają swoje życie jako obłoki pyłu i gazu. Grawitacja ściąga te obłoki do siebie. Tworzy się mała protogwiazda, napędzana przez zapadający się materiał. Protogwiazdy często tworzą się w gęsto upakowanych obłokach gazu i mogą być trudne do wykrycia.

„Natura nie tworzy gwiazd w izolacji”, powiedział Mark Morris z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles (UCLS). „Tworzy je w gromadach, z natalnych obłoków, które zapadają się pod wpływem własnej grawitacji.”

Mniejsze ciała – o masie mniejszej niż 0,08 masy Słońca – nie mogą osiągnąć etapu syntezy jądrowej w swoim jądrze. Zamiast tego stają się brązowymi karłami, gwiazdami, które nigdy nie zapłoną. Jeśli jednak ciało ma wystarczającą masę, zapadający się gaz i pył spala się coraz goręcej, osiągając w końcu temperaturę wystarczającą do stopienia wodoru w hel. Gwiazda zapala się i staje się gwiazdą ciągu głównego, zasilaną przez fuzję wodorową. Fuzja wytwarza ciśnienie zewnętrzne, które równoważy ciśnienie wewnętrzne wywołane przez grawitację, stabilizując gwiazdę.

Jak długo żyje gwiazda ciągu głównego zależy od jej masy. Gwiazda o większej masie może mieć więcej materiału, ale spala go szybciej ze względu na wyższą temperaturę jądra spowodowaną większymi siłami grawitacyjnymi. Podczas gdy Słońce spędzi na ciągu głównym około 10 miliardów lat, gwiazda 10 razy masywniejsza będzie żyła tylko 20 milionów lat. Czerwony karzeł, który jest o połowę masywniejszy od Słońca, może trwać od 80 do 100 miliardów lat, czyli znacznie dłużej niż wiek Wszechświata wynoszący 13,8 miliarda lat. (Ten długi czas życia jest jednym z powodów, dla których czerwone karły są uważane za dobre źródła dla planet goszczących życie, ponieważ są stabilne przez tak długi czas).

Świecąca gwiazda

Ponad 2000 lat temu, grecki astronom Hipparchus był pierwszym, który stworzył katalog gwiazd według ich jasności, według Dave’a Rothsteina, który uczestniczył w programie Uniwersytetu Cornella „Zapytaj astronoma” w 2003 roku.

„Zasadniczo, spojrzał na gwiazdy na niebie i sklasyfikował je według tego jak jasne się pojawiają – najjaśniejsze gwiazdy były 'magnitudo 1,' następne najjaśniejsze były 'magnitudo 2,' itd, aż do 'magnitudo 6′, które były najsłabszymi gwiazdami, jakie mógł zobaczyć” – napisał Rothstein.

Nowoczesne instrumenty poprawiły pomiary jasności, czyniąc je bardziej precyzyjnymi.

W początkach XX wieku astronomowie zdali sobie sprawę, że masa gwiazdy jest związana z jej jasnością, czyli ilością światła, jakie wytwarza. Obie te zależności są związane z temperaturą gwiazdy. Gwiazdy 10 razy masywniejsze od Słońca świecą ponad tysiąc razy mocniej.

Masa i jasność gwiazdy wiążą się również z jej kolorem. Bardziej masywne gwiazdy są gorętsze i bardziej niebieskie, podczas gdy mniej masywne są chłodniejsze i mają czerwonawy wygląd. Słońce wpada pomiędzy widmo, nadając mu bardziej żółtawy wygląd.

„Temperatura powierzchni gwiazdy określa kolor światła, jakie emituje”, według światowego Obserwatorium Las Cumbres. „Niebieskie gwiazdy są gorętsze niż żółte, które są gorętsze niż czerwone.”

To zrozumienie doprowadziło do stworzenia wykresu znanego jako diagram Hertzsprunga-Russella (H-R), wykresu gwiazd opartego na ich jasności i kolorze (który z kolei pokazuje ich temperaturę). Większość gwiazd leży na linii znanej jako „ciąg główny”, która biegnie od góry po lewej (gdzie gorące gwiazdy są jaśniejsze) do dołu po prawej (gdzie chłodne gwiazdy są ciemniejsze).

Gdy gwiazdy gasną

W końcu, gwiazda ciągu głównego wypala wodór w swoim jądrze, osiągając koniec swojego cyklu życia. W tym momencie opuszcza ona ciąg główny.

Gwiazdy mniejsze niż jedna czwarta masy Słońca zapadają się bezpośrednio w białe karły. Białe karły nie spalają już fuzji jądrowej w swoim centrum, ale nadal promieniują ciepło. W końcu białe karły powinny ochłodzić się w czarne karły, ale czarne karły to tylko teoria; Wszechświat nie jest wystarczająco stary, aby pierwsze białe karły zdążyły wystarczająco się ochłodzić i dokonać przemiany.

Większe gwiazdy mają zewnętrzne warstwy zapadające się do wewnątrz, aż do momentu, gdy temperatura jest wystarczająco wysoka, aby hel mógł się stopić z węglem. Wtedy ciśnienie fuzji zapewnia ciąg na zewnątrz, który rozszerza gwiazdę kilka razy większą niż jej pierwotny rozmiar, tworząc czerwonego olbrzyma. Nowa gwiazda jest znacznie ciemniejsza niż ta, która była gwiazdą ciągu głównego. W końcu Słońce uformuje się w czerwonego olbrzyma, ale nie martw się – nie stanie się to jeszcze przez jakiś czas.

„Jakieś pięć miliardów lat od teraz, po tym jak Słońce stanie się czerwonym olbrzymem i spali Ziemię na popiół, wyrzuci swoją piękną mgławicę, a następnie zniknie jako biały karzeł” – powiedział w oświadczeniu Howard Bond z Space Telescope Science Institute w Maryland.

Jeśli oryginalna gwiazda miała do 10 razy większą masę niż Słońce, spali się w ciągu 100 milionów lat i zapadnie się w supergęstego białego karła. Bardziej masywne gwiazdy eksplodują w gwałtownej śmierci supernowej, rozrzucając po całej galaktyce cięższe pierwiastki powstałe w ich jądrze. Pozostałe jądro może uformować gwiazdę neutronową, zwarty obiekt, który może przybierać różne formy.

Długi czas życia czerwonych karłów oznacza, że nawet te, które powstały krótko po Wielkim Wybuchu, istnieją do dziś. W końcu jednak te ciała o niskiej masie wypalą swój wodór. Będą coraz ciemniejsze i chłodniejsze, aż w końcu zgasną w nich światła.

Śledź Nolę Taylor Redd na @NolaTRedd, Facebooku lub Google+. Śledź nas na @Spacedotcom, Facebook lub Google+.