Poród

• Może 2, 2024

Ludzie kiedyś myśleli, że gwiazdy są wieczne. Ale teraz wiemy, że mają cykle narodzin i śmierci. Oto historia narodzin gwiazdy podobnej do Słońca.

Zacznij od gigantycznej chmury molekularnej
Chociaż możemy myśleć o Słońcu jak o gigantycznej kuli płonącego gazu, jego środek jest znacznie gęstszy niż stal. Ale gwiazdy są zrobione mgławice tak rzadkie, że średnio w centymetrze sześciennym jest tylko 100 cząstek - centymetr sześcienny powietrza, którym oddychamy, ma około 100 biliardów razy tyle.

Wydaje się niewiarygodne, że coś tak znaczącego jak gwiazda jest zrobiona z czegoś tak wątłego jak mgławica. Jednak gigantyczne chmury rozpościerają się na odległości kilkudziesięciu lat świetlnych. Chociaż więc są cienkie, ich całkowita masa może być nawet milion razy większa niż masa Układu Słonecznego. Dostępnych jest wiele materiałów, ale co je kształtuje?

Grawitacja, rzeźbiarz
Grawitacja to siła, która zapada mgławicę w coś wystarczająco gęstego, aby stworzyć gwiazdę. Gigantyczna chmura molekularna jest dobrym miejscem do formowania się gwiazd. Nie tylko ma on obfity materiał, jest również wystarczająco zimny, że atomy złączyły się, tworząc molekuły, aw niektórych miejscach materia zaczęła się zlepiać.

Siła grawitacji zależy od masy, więc obszar o większej gęstości może wciągnąć do niej więcej materii, zwiększając jej masę, a zatem i przyciąganie grawitacyjne. W ciągu kilku milionów lat w ten sposób mgławica może się zapaść. Ale prawdopodobne jest, że upadek przyniesie jakąś pomoc. Istnieje wiele możliwych czynników wyzwalających powstawanie gwiazd, na przykład fale uderzeniowe supernowej popychają materię, tworząc gęstsze regiony.

Mgławica nie zapada się od razu. Gęstsze regiony rosną, a chmura rozpada się. Dlatego gwiazdy tworzą się w grupach. Każdy fragment zapada się indywidualnie i jest potencjalną gwiazdą, której masa zaznaczy swoją historię życia. Gromada gwiazd Plejady, pokazana na obrazie nagłówka, jest przykładem grupy gwiazd, które powstały z tej samej gigantycznej chmury. Masa każdej gwiazdy określa, jak będzie świecić, jak długo będzie żyła i jak umrze. Niektóre fragmenty nie będą miały wystarczającej masy do utworzenia gwiazd, ale mogą się stać brązowe karły, nieudane gwiazdy. [Źródło zdjęcia: Greg Hogan, EarthSky]

Fragmenty
Fragmenty nagrzewają się, obracają i nadal zapadają.

Ma to poza regionem centralnym grawitacyjna energia potencjalna, jak woda powstrzymywana przez tamę. Kiedy wpada do centrum, staje się energia potencjalna kinetyczny (ruch) energia i ciepło jest uwalniane.

Moment pędu jest miarą obrotu obiektu, z uwzględnieniem jego promienia i prędkości. Gigantyczne mgławice obracają się bardzo powoli. Ale moment pędu jest konserwowane - oznacza to, że fragment chmury o mniejszym promieniu będzie się obracał szybciej. Ulubionym ziemskim przykładem jest jazda na łyżwach lodowych. Zaczyna z wyciągniętymi rękami. Jeśli przyciągnie ręce do swojego ciała, promień obrotu będzie mniejszy, więc wiruje szybciej bez dodatkowego wysiłku.

Dlatego gdy fragment zapada się, jego obrót przyspiesza. I zamiast nieregularnego kształtu oryginalnego fragmentu spinning zamienia go w bardziej kulisty kształt.

Protostar
Fragment zawiera gęsty region środkowy, który staje się protostar a potem gwiazda. Pozostał tylko pył i gaz. Podczas wirowania luźny pył i gaz są wpychane na dysk wokół równika protostaru. Nie tylko gwiazda może kiedyś powstać z protostaru, ale może z niej powstać układ planetarny dysk protoplanetarny.

Protostar rośnie, przyciągając materiał dysku. Wraz ze wzrostem masy nadal się kurczy. Skurcz grawitacyjny uwalnia dużo ciepła. Gorący gaz w rdzeniu wypycha się na zewnątrz, działając przeciw grawitacji. Dlatego chociaż początkowe zawalenie nastąpiło stosunkowo szybko, zwalnia, gdy protostar robi się coraz gorętszy. Osiągnięcie temperatury do miliona stopni Celsjusza zajmuje około miliona lat, a to nie jest wystarczająco gorąco, aby stać się gwiazdą.

Większość obserwowanych gwiazd to główna sekwencja gwiazdy. Ich ciepło i światło pochodzą z syntezy jądrowej wodoru w ich rdzeniach. Aby rozpocząć syntezę jądrową, temperatura rdzenia musi wynosić co najmniej 10 milionów ° C (18 milionów ° F).

Rodzi się gwiazda
Kiedy rozpoczyna się fuzja wodoru, protostar jest właściwą gwiazdą dziecka. Ale musi jeszcze trochę dorastać, zanim dołączy do głównej sekwencji.

W gwiazdach o głównej sekwencji występuje równowaga między zewnętrznym ciśnieniem ciepła z fuzji jądrowej w rdzeniu a wewnętrzną siłą grawitacji. To się nazywa równowaga hydrostatyczna. Gwiazda musi chwilę potrwać, a równowaga się pojawia.

Masa gwiazdy nie zwiększa się po podtrzymaniu fuzji jądrowej, ponieważ silny wiatr gwiezdny zdmuchuje materiał dysku. W rzeczywistości w ciągu kilku milionów lat całkowicie usuwa zakurzony dysk.

Długość głównego cyklu życia gwiazdy zależy od jej masy. Gwiazdy podobne do Słońca żyją około 10 miliardów lat, więc nasze Słońce jest w połowie swojego życia.Czerwony karzeł z połową masy Słońca może żyć 80 miliardów lat lub dłużej, czyli znacznie dłużej niż obecny wiek Wszechświata. Ale masywne gwiazdy mają krótkie czasy życia. Gwiazda dziesięć razy większa od masy Słońca trwa tylko 20 milionów lat. Gwiazdy pozostają w głównej sekwencji, dopóki ich paliwo wodorowe nie zostanie wyczerpane.