Какво е звезда и как работи?

Звездите винаги са заинтригували хората, вероятно от момента, в който най-ранният ни прадед излезе навън и погледна нагоре към нощното небе. Все още излизаме през нощта, когато можем, и поглеждаме нагоре, чудейки се на тези мрачни предмети. В научно отношение те са в основата на науката за астрономията, която е изследването на звездите (и техните галактики). Звездите играят видни роли в научнофантастични филми и телевизионни предавания и видео игри като фон за приключенски приказки. И така, какви са тези мигащи светлинни точки, които изглеждат подредени по шарки през нощното небе?

Има хиляди звезди, видими за нас от Земята, особено ако правим наблюдението си в наистина тъмна зона за наблюдение на небето). Само в Млечния път обаче има стотици милиони, не всички видими за хората на Земята. Millky Way е не само дом на всички онези звезди, той съдържа "звездни разсадници", където новородени звезди се излюпват в облаци от газ и прах.

Всички звезди са много, много далеч, с изключение на Слънцето. Останалите са извън нашата Слънчева система. Най-близкият до нас се казва Proxima Centauri, а той лежи 4.2 светлинни години далеч.

Повечето звезди, които наблюдават известно време, започват да забелязват, че някои звезди са по-ярки от други. Много от тях също изглеждат със слаб цвят. Някои изглеждат сини, други бели, а трети трети с жълти или червеникави нюанси. Има много различни видове звезди във Вселената.

Гледаме в светлината на звезда - Слънцето. Тя е различна от планетите, които са много малки в сравнение със Слънцето и обикновено са изградени от скали (като Земята и Марс) или хладни газове (като Юпитер и Сатурн). Разбирайки как работи Слънцето, астрономите могат да получат по-задълбочен поглед върху това как работят всички звезди. И обратно, ако те изучават много други звезди през целия си живот, е възможно да разберем и бъдещето на нашата собствена звезда.

Както всички други звезди във Вселената, Слънцето е огромна, ярка сфера от горещ, светещ газ, държан заедно от собствената си гравитация. Той живее в галактиката Млечен път, заедно с приблизително 400 милиарда други звезди. Всички те работят по един и същ основен принцип: те запалват атомите в сърцевините си, за да правят топлина и светлина. Това е как работи една звезда.

За Слънцето това означава, че атомите на водорода се разпадат заедно при висока топлина и налягане. Резултатът е атом на хелий. Този процес на синтез освобождава топлина и светлина. Този процес се нарича "звездна нуклеосинтеза" и е източник на много от елементите във Вселената по-тежки от водорода и хелия. И така, от звезди като Слънцето бъдещата Вселена ще получи такива елементи като въглерод, които ще направи, докато остарее. Много "тежки" елементи, като злато или желязо, се правят в по-масивни звезди, когато умират, или дори катастрофални сблъсъци на неутронни звезди.

Как една звезда прави тази „звездна нуклеосинтеза“ и не се раздухва в процеса? Отговорът: хидростатично равновесие. Това означава, че гравитацията на масата на звездата (която дърпа газовете навътре) се балансира от външното налягане на топлината и светлината - радиация налягане - създадено от ядрения синтез, протичащ в ядрото.

Този синтез е естествен процес и отнема огромно количество енергия, за да се инициират достатъчно реакции на синтез, за ​​да се балансира силата на гравитацията в една звезда. Ядрото на звездата трябва да достигне температури над 10 милиона келвина, за да започне да се разпарява водород. Нашето слънце например има температура на сърцевината от около 15 милиона келвина.

Звезда, която изразходва водород за образуване на хелий, се нарича звезда с "главна последователност" за цялото време, когато е обединяващ водород. Когато използва цялото си гориво, ядрото се свива, тъй като налягането на радиация навън вече не е достатъчно, за да балансира гравитационната сила. Температурата на сърцевината се повишава (защото се компресира) и това й дава достатъчно „омфа“, за да започне да се синтезира хелиеви атоми, започват да въглерод. В този момент звездата се превръща в червен гигант. По-късно, когато изчерпа гориво и енергия, звездата се свива и се превръща в бяло джудже.

Следващата фаза в еволюцията на звездата зависи от нейната маса, защото това диктува как ще свърши. Звезда с ниска маса, като нашето Слънце, има различна съдба от звезди с по-високи маси. Ще издуха външните му слоеве, създаване на планетна мъглявина с бяло джудже в средата. Астрономите са изследвали много други звезди, които са преминали този процес, което им дава по-голяма представа за това как Слънцето ще сложи край на живота си след няколко милиарда години.

Звездите с висока маса обаче се различават от Слънцето по много начини. Те живеят кратки животи и оставят след себе си великолепни останки. Когато те ще избухнат като свръхнови, те взривяват елементите си в космоса. Най-добрият пример за свръхнова е Мъглявината Рак, в Телец. Ядрото на оригиналната звезда е оставено назад, тъй като останалата част от нейния материал е взривена в пространството. В крайна сметка ядрото може да се компресира, за да се превърне в неутронна звезда или черна дупка.

Звездите съществуват в милиарди галактики из цялата вселена. Те са важна част от еволюцията на Космоса. Те бяха първите обекти, образувани преди повече от 13 милиарда години, и съставляваха най-ранните галактики. Когато умряха, те преобразиха ранния космос. Това е така, защото всички онези елементи, които образуват в сърцевините си, се връщат в космоса, когато звездите умират. И тези елементи в крайна сметка се комбинират, за да образуват нови звезди, планети и дори живот! Ето защо астрономите често казват, че ние сме направени от „звездни неща“.

Редактиран от Каролин Колинс Петерсен.