Życie Gwiazd

Chciałem zamieścić artykuł o obserwacjach słońca, jednak sieć teleskopów GLORIA, z której korzystam, wprowadza nową maszynę i nie mogłem zarezerwować teleskopu na kilka kolejnych dni. Artykuł ten zamieszczę jak tylko przeprowadzę obserwacje. Opowiem więc o życiu gwiazd, o procesach jakie w nich zachodzą i o tym, w co się zmieniają.

Zdj.1 Nasze Słońce (dość stare zdjęcie z teleskopu GLORIA)

Zacznijmy od narodzin gwiazdy. W mgławicy (obłoku gazów, przede wszystkim wodoru) atomy pod wpływem grawitacji zbliżają się do siebie. Wytwarzają w końcu dysk, w którym powstaje coś na kształt jądra. Dysk protogwiazdowy, bo tak się nazywa, wiruje. Wirowanie jest jednym z warunków powstanie gwiazdy. Jądro jest coraz masywniejsze i stopniowo oczyszcza dysk. W końcu rozpoczyna się jego kolaps (zapadanie). Coraz większe ciśnienie we wnętrzu gwiazdy stopniowo zbliża atomy do siebie. Dodatnie jądra, które normalnie by się odpychały, zderzają się i łączą. Nazywamy to fuzją jądrową. Przez zderzenia stopniowo powstają cięższe pierwiastki (z wodoru hel i.t.d.). Skutkuje to powstaniem dużej ilości energii, której emisja równoważy grawitację. Między siłami panuje równowaga, kolaps zostaje zatrzymany. Z resztek dysku powstają planety. Gwiazdy żyją różną ilość czasu. Najmniejsze wymagają najniższej ilości energii by powstrzymać kolaps, więc pierwiastki przemieniają się powoli i starcza ich na dłużej. Małe gwiazdy potrafią żyć dziesiątki miliardów lat, a największe „tylko” kilka milionów.

Rys.1 Schemat równowagi sił w gwieździe

Pierwiastki w gwieździe stopniowo przekształcają się w inne. W końcu emisja promieniowania nie może już równoważyć grawitacji. Gwiazda zaczyna się ponownie zapadać. Teraz mamy kilka możliwości, ściśle związanych z masą gwiazdy. Małe gwiazdy (mniejsze niż 8 mas Słońca) mają za małą masę, by się zapaść. W końcu zagęszczenie cząsteczek równoważy grawitację. Powstaje niewielki obiekt o bardzo wysokiej gęstości – biały karzeł. Taki obiekt stopniowo stygnie. Nie zaobserwowano jeszcze nigdzie następnego stadium rozwoju gwiazdy – hipotetycznego czarnego karła, ponieważ ich teoretyczny czas powstawania jest dłuższy niż wiek wszechświata.

Ale co się dzieje z większymi gwiazdami? Rozpędzone przez grawitację cząsteczki uderzają o siebie. Następuje implozja(olbrzymie zderzenie cząstek pędzących do środka obiektu, po czym następuje gigantyczna emisja promieniowania związana ze zderzeniem się atomów), która rozrywa otoczkę gwiazdy. Takie zjawisko nazywamy supernową. Supernowa jest tak jasna, że może przyćmić macierzystą galaktykę! Jądro takiej gwiazdy przekształca się w gwiazdę neutronową. Gwiazda neutronowa jest bardzo gęsta – 10^14 g/cm^3. W jej wnętrzu protony i elektrony przekształciły się w neutrony. Gwiazdy takie mają bardzo mały promień – od 10 do 100 km! Gwałtowny wzrost prędkości wirowania może doprowadzić do tego, że taka gwiazda stanie się pulsarem. Pulsar zazwyczaj ma dwie plamy, które emitują promieniowanie w kosmos. W regularnych odstępach czasu możemy obserwować błyski takiej gwiazdy.

 Rys.2 Jak widać na rysunku, pulsar ma dwie plamy po przeciwległych stronach.

Istnieje jeszcze jedna możliwość. Jeśli gwiazda ma więcej niż 10 mas Słońca, nic nie może zrównoważyć grawitacji.  Jądro nie tylko zapadło się całkowicie, ale jeszcze wciąga (pod wpływem grawitacji) okoliczne obiekty. Powstaje czarna dziura. Jej grawitacja jest tak potężna, że nawet światło nie może z niej uciec. Dookoła czarnej dziury gromadzi się dysk pochłanianej przez nią materii. To on emituje promieniowanie, które możemy obserwować. Największe czarne dziury nazywamy kwazarami. To właśnie one trzymają galaktyki w całości. Największe gwiazdy mogą przekształcić się w czarne dziury nawet bez wybuchu supernowej. Więcej o czarnych dziurach napiszę w jednym a następnych artykułów.