Masivno pomeni veliko, manj masivno pomeni majhno, kajne? Ko gre za zvezde in njihove velikosti, ni tako preprosto. Če primerjamo planet Zemljo s Soncem, se izkaže, da je mogoče 109 naših planetov postaviti drug na drugega, samo da bi utrli pot z enega konca zvezde na drugega. Vendar obstajajo zvezde, manjše od Zemlje in veliko, veliko večje od Zemljine orbite okoli Sonca. Kako je to mogoče? Kaj določa velikost zvezde? Zakaj so "sonca" tako različna?
Vprašanje ni enostavno, saj velikosti zvezde skorajda ne vidimo.
Globok teleskopski pogled na zvezde na nočnem nebu jasno prikazuje zvezde različnih velikosti in svetlosti, vendar so vse zvezde prikazane kot pike. Razlika v velikosti je optična iluzija, povezana z nasičenostjo opazovalnih kamer
Tudi v teleskopu je večina zvezd zaradi ogromnih razdalj do nas videti kot preproste svetlobne točke. Njihove razlike v barvah in svetlosti je sicer enostavno videti, velikost pa je ravno obratna. Predmet določene velikosti na določeni razdalji bo imel tako imenovani kotni premer: navidezno velikost, ki jo zasede predmet na nebu. Soncu najbližja zvezda, Alpha Centauri A, je oddaljena le 4,3 svetlobna leta in 22% večja od Sonca v polmeru.
Dve soncu podobni zvezdi, Alpha Centauri A in B, se nahajata le 4,37 svetlobnih let od nas in krožita drug proti drugemu med Saturnom in Neptunom. Tudi na tej Hubblovi podobi so videti kot preprosto prenasičeni točkovni viri; noben disk ni viden
Kljub temu se nam zdi, da je njegov kotni premer le 0,007 "ali sekunde loka. 60 sekund loka je sestavljeno iz ene minute loka; 60 minut loka je 1 stopinja, 360 stopinj pa poln krog. Tudi teleskop, kot je Hubble, lahko vidi le 0,05 "; v vesolju je zelo malo zvezd, ki jih teleskop dejansko lahko "vidi" v spodobni ločljivosti. Običajno gre za orjaške zvezde v bližini, kot sta Betelgeuse ali R Doradus - največje zvezde na celotnem nebu glede na kotni premer.
Radijska slika zelo velike zvezde Betelgeuse. Ena redkih zvezd, ki jo vidimo kot več kot točkovni vir z Zemlje
Na srečo obstajajo posredne meritve, ki nam omogočajo, da izračunamo fizično velikost zvezde, in neverjetno upajo. Če imate sferični predmet, ki se tako segreje, da oddaja sevanje, določimo skupno količino sevanja, ki ga oddaja zvezda, iz dveh parametrov: temperature predmeta in njegove fizične velikosti. Razlog za to je, da je edino mesto, ki oddaja svetlobo v vesolju, površina zvezde, površina krogle pa se vedno izračuna po isti formuli: 4πr2, kjer je r polmer krogle. Če lahko izmerite razdaljo do te zvezde, njeno temperaturo in svetlost, poznate njen polmer in s tem velikost, preprosto zato, ker so to zakoni fizike.
Promocijski video:
Posnetek rdečega orjaka UY Scuti od blizu, obdelan s teleskopom Rutherford Observatory. Ta svetla zvezda je morda le "pika" za večino teleskopov, vendar je pravzaprav največja zvezda, ki jo pozna človeštvo.
Ko opazujemo, vidimo, da so nekatere zvezde velike le nekaj deset kilometrov, druge pa 1500-krat večje od Sonca. Med supergiantskimi zvezdami je največja UY Scuti s premerom 2,4 milijarde kilometrov, kar je večje od Jupitrove orbite okoli Sonca. Teh neverjetnih primerov zvezd seveda ni mogoče oceniti večine. Najpogostejši tip zvezd so zvezde glavnega zaporedja, kot je naše Sonce: zvezda, ki je narejena iz vodika in svojo energijo dobi tako, da vodik v svojem jedru vlije helij. In so v veliko različnih velikostih, odvisno od mase same zvezde.
Mlada zvezdotvorna regija na naši lastni Rimski cesti. Ko se gravitacijski oblaki stisnejo, se protozvezde segrejejo in postanejo gostejše, dokler se v njihovih jedrih končno ne začne fuzija.
Ko oblikujete zvezdo, gravitacijsko krčenje pretvori potencialno energijo (gravitacijsko potencialno energijo) v kinetične delce (toplota / gibanje) v jedru zvezde. Če je mase dovolj, bo temperatura postala dovolj visoka, da vžge jedrsko fuzijo v najbolj notranjih predelih, kjer se jedra vodika v verižni reakciji pretvorijo v helij. V zvezdi z majhno maso bo le majhen del samega središča dosegel prag 4.000.000 stopinj in fuzija se bo začela in nadaljevala počasi. Po drugi strani pa so lahko največje zvezde stotine krat bolj masivne od Sonca in dosežejo temperature jedra nekaj deset milijonov stopinj, pri čemer se vodik v heliju stopi milijonkrat hitreje od našega Sonca.
Sodobni sistem spektralne klasifikacije Morgan-Keenan s temperaturnim območjem vsakega zvezdnega razreda, prikazanim zgoraj v Kelvinu. Velika večina zvezd (75%) je zvezd razreda M, od katerih je le 1 od 800 dovolj masiven, da postane supernova
Najmanjše zvezde imajo najmanjši zunanji tok in sevalni tlak, najbolj masivne pa največje. To zunanje sevanje in energija preprečujeta zvezdi pred gravitacijskim kolapsom, vendar vas bo morda presenetilo, da je domet razmeroma ozek. Najmanjše zvezde, rdeči palčki, kot sta Proxima Centauri in VB 10, predstavljajo le 10% Sončeve velikosti, nekoliko večje od Jupitra. Toda največji modri velikan, R136a1, je 250-krat večji od mase Sonca, v premeru pa le 30-krat večji. Če sintetizirate vodik v helij, se zvezda ne bo veliko spremenila.
Toda vsaka zvezda ne sintetizira vodika v helij. Najmanjše zvezde sploh ničesar ne sintetizirajo, največje pa so v veliko bolj energični fazi svojega življenja. Zvezde lahko razčlenimo na vrste po velikosti in izpostavimo pet splošnih razredov
Nevtronske zvezde: ostanki supernove, ki vsebujejo maso od enega do treh soncev, vendar stisnjeni v eno velikansko atomsko jedro. Še vedno oddajajo sevanje, vendar v majhnih količinah zaradi svoje velikosti. Navadna nevtronska zvezda je velika 20-100 kilometrov.
Zvezde bele pritlikavke: nastanejo, ko soncu podobna zvezda v svojem jedru požre zadnje helijevo gorivo, zunanje plasti pa nabreknejo, ko se notranje stisnejo. Običajno ima bela pritlikava zvezda od 0,5 do 1,4-kratno maso Sonca, v fizičnem obsegu pa je blizu Zemlje: približno 10.000 kilometrov v širino, sestavljena iz močno stisnjenih atomov.
Glavne zvezde zaporedja: Sem spadajo rdeči palčki, soncu podobne zvezde in modri velikani, ki smo jih že omenili. Njihove velikosti so zelo različne, od 100.000 kilometrov do 30.000.000 kilometrov. Toda tudi največja od teh zvezd, če jo postavimo na mesto Sonca, ne bo pogoltnila Merkurja.
Rdeči velikani: prikazuje, kaj se zgodi, ko jedru zmanjka vodika. Če niste rdeči palček (v tem primeru boste preprosto postali beli palček), bo gravitacijsko krčenje dovolj ogrelo vaše jedro, da bo helij začel vlivati v ogljik. Fuzija helija z ogljikom oddaja veliko več energije kot fuzija vodika s helijem, zato se zvezda močno širi. Fizika je, da mora odhajajoča sila (sevanje) na robu zvezde uravnotežiti prihajajočo silo (gravitacijo), da bo zvezda stabilna in večja kot je sila, ki teži navzven, večja bo zvezda. Rdeči velikani so običajno premera 100-150.000.000 kilometrov. To je dovolj, da pogoltnemo Merkur, Venero in morda Zemljo.
Supergiantske zvezde: najbolj masivne zvezde, ki na koncu taljejo helij in začnejo v svojih jedrih tvoriti še težje elemente: ogljik, kisik, silicij in žveplo. Te zvezde so obsojene na supernove ali črne luknje, pred tem pa bodo nabrekle na milijarde kilometrov ali več. Med njimi so največje zvezde, kot je Betelgeuse, in če bi takšno zvezdo postavili namesto našega Sonca, bi pogoltnila vse naše trdne planete, asteroidni pas in celo Jupiter.
Sonce je v primerjavi z velikani še vedno razmeroma majhno, vendar bo v svoji fazi rdečega velikana naraslo do velikosti Arkturja
Za najmanjše zvezde, na primer nevtronske zvezde in bele pritlikavke, velja pravilo, da lahko zajeta energija uide le skozi majhno površino, zaradi katere so dolgo časa svetle. Toda za vse druge zvezde je velikost določena s preprostim ravnotežjem: jakost odhajajočega sevanja na površini mora biti enaka gravitacijski privlačnosti navznoter. Velike sevalne sile pomenijo, da zvezda nabrekne do velike velikosti, največje zvezde pa nabreknejo na milijarde kilometrov.
Če bodo izračuni pravilni, Zemlje ne bo požrlo Sonce v fazi rdečega orjaka. Toda sam planet se bo zelo, zelo segrel
Ko se sonce stara, se njegovo jedro sčasoma segreje, razširi in segreje. Čez eno do dve milijardi let bo dovolj vroče, da zavre zemeljske oceane, če planeta ne postavimo v varnejšo orbito. Čez nekaj sto milijonov let bo Sonce veliko in svetlo. A priznajmo si: ne glede na to, kako veliko bo naše Sonce, nikoli ne bo postalo bolj masivno kot nevtronske zvezde in največji supergianti, četudi je večje.
ILYA KHEL