Masivno znači veliko, manje masivno znači malo, zar ne? Nije tako jednostavno što se tiče zvijezda i njihovih veličina. Usporedimo li planet Zemlju sa Suncem, ispada da je moguće 109 naših planeta postaviti jedan na drugi, samo da bi se utro put s jednog kraja zvijezde na drugi. Ali postoje zvijezde manje od Zemlje i mnogo, puno veće od Zemljine orbite oko Sunca. Kako je ovo moguće? Što određuje veličinu zvijezde? Zašto su "sunca" toliko različita?
Pitanje nije lako, jer teško vidimo veličinu zvijezde.
Duboki teleskopski pogled na zvijezde na noćnom nebu jasno pokazuje zvijezde različitih veličina i sjaja, ali sve su zvijezde prikazane u obliku točkica. Razlika u veličini je optička varka povezana sa zasićenjem promatračkih kamera
Čak i u teleskopu, većina zvijezda izgleda poput jednostavnih svjetlosnih točaka zbog ogromnih udaljenosti do nas. Njihove razlike u boji i svjetlini lako je uočiti, ali veličina je sasvim suprotna. Objekt određene veličine na određenoj udaljenosti imat će takozvani kutni promjer: prividnu veličinu koju objekt zauzima na nebu. Suncu najbliža zvijezda, Alpha Centauri A, udaljena je samo 4,3 svjetlosne godine i 22% veća od Sunca u radijusu.
Dvije zvijezde slične suncu, Alpha Centauri A i B, nalaze se na samo 4,37 svjetlosnih godina od nas i kruže jedna oko druge na udaljenosti između Saturna i Neptuna. Čak se i na ovoj Hubbleovoj slici pojavljuju kao jednostavno prezasićeni točkasti izvori; nije vidljiv disk
Ipak, čini nam se da je njegov kutni promjer samo 0,007 ”, odnosno sekunde luka. 60 sekundi luka sastoji se od jedne minute luka; 60 minuta luka je 1 stupanj, a 360 stupnjeva puni je krug. Čak i teleskop poput Hubbla može vidjeti samo 0,05 ” u Svemiru je vrlo malo zvijezda koje teleskop zapravo može "vidjeti" u pristojnoj razlučivosti. To su obično divovske zvijezde u blizini, kao što su Betelgeuse ili R Doradus - najveće zvijezde na cijelom nebu u pogledu kutnog promjera.
Radio slika vrlo, vrlo velike zvijezde Betelgeuse. Jedna od rijetkih zvijezda koju vidimo više nego točkasti izvor sa Zemlje
Srećom, postoje neizravna mjerenja koja nam omogućuju izračunavanje fizičke veličine zvijezde i nevjerojatno se nadaju. Ako imate sferni objekt koji se toliko zagrije da emitira zračenje, ukupna količina zračenja koju emitira zvijezda određuje se prema dva parametra: temperaturi objekta i njegovoj fizičkoj veličini. Razlog tome je što je jedino mjesto koje emitira svjetlost u Svemiru površina zvijezde, a površina kugle uvijek se izračunava pomoću iste formule: 4πr2, gdje je r polumjer kugle. Ako možete izmjeriti udaljenost do ove zvijezde, njezinu temperaturu i sjaj, znate njezin polumjer, a time i veličinu, jednostavno zato što su to zakoni fizike.
Promotivni video:
Snimak izbliza crvenog diva UY Scuti, obrađen teleskopom Rutherford Observatory. Ova sjajna zvijezda može biti samo "točka" za većinu teleskopa, ali zapravo je najveća zvijezda poznata čovječanstvu.
Kada promatramo, vidimo da su neke zvijezde veličine samo nekoliko desetaka kilometara, dok su druge 1500 puta veće od Sunca. Među supergigantskim zvijezdama najveća je UY Scuti promjera 2,4 milijarde kilometara, što je veće od Jupiterove putanje oko Sunca. Naravno, ovim nevjerojatnim primjerima zvijezda ne može se suditi na većini. Najčešći tip zvijezda su zvijezde glavnog slijeda poput našeg Sunca: zvijezda koja je napravljena od vodika i dobiva svoju energiju od sinteze vodika do helija u svojoj jezgri. A dolaze u mnogo različitih veličina, ovisno o masi same zvijezde.
Mlada regija koja stvara zvijezde u našem vlastitom Mliječnom putu. Kako se oblaci plina gravitacijom zbijaju, protozvijezde se zagrijavaju i postaju gušće, sve dok napokon fuzija ne počne u njihovim jezgrama.
Kada formirate zvijezdu, gravitacijsko stezanje pretvara potencijalnu energiju (gravitacijska potencijalna energija) u kinetičke (toplina / kretanje) čestice u jezgri zvijezde. Ako ima dovoljno mase, temperatura će postati dovoljno visoka da zapali nuklearnu fuziju u najunutarnjim područjima, gdje se jezgre vodika lančanom reakcijom pretvaraju u helij. U zvijezdi male mase samo će mali dio samog središta doseći prag od 4.000.000 stupnjeva i fuzija će započeti i polako se odvijati. S druge strane, najveće zvijezde mogu biti stotine puta masivnije od Sunca i doseći temperature jezgre od nekoliko desetaka milijuna stupnjeva, stapajući vodik u helij brzinom milijunima puta bržom od Sunčeve.
Trenutni Morgan-Keenanov spektralni klasifikacijski sustav s temperaturnim rasponom svake klase zvijezda prikazanom gore u Kelvinu. Velika većina zvijezda (75%) su zvijezde M klase, od kojih je samo 1 od 800 dovoljno masivno da postane supernova
Najmanje zvijezde imaju najmanji vanjski tok i tlak zračenja, a one najmasovnije imaju najveći. Ovo vanjsko zračenje i energija sprečavaju zvijezdu od gravitacijskog kolapsa, ali može vas iznenaditi da je domet relativno uzak. Najmanje zvijezde, crveni patuljci poput Proxime Centauri i VB 10, čine samo 10% Sunčeve veličine, nešto veće od Jupitera. Ali najveći plavi div, R136a1, 250 je puta veći od Sunčeve mase, ali promjera samo 30 puta veći. Ako sintetizirate vodik u helij, zvijezda se neće puno mijenjati u veličini.
Ali ne svaka zvijezda sintetizira vodik u helij. Najmanje zvijezde uopće ništa ne sintetiziraju, a najveće su u puno energičnijoj fazi svog života. Zvijezde možemo podijeliti na vrste po veličini i istaknuti pet općih klasa
Neutronske zvijezde: Ostaci supernove koji sadrže masu od jednog do tri sunca, ali stisnuti u jednu divovsku atomsku jezgru. I dalje emitiraju zračenje, ali u malim količinama zbog svoje veličine. Obična neutronska zvijezda velika je 20-100 kilometara.
Bijele patuljaste zvijezde: Nastale su kada zvijezda nalik suncu izgori posljednje helijevo gorivo u svojoj jezgri, a vanjski slojevi nabreknu kako se unutarnji slojevi skupljaju. Obično bijela patuljasta zvijezda ima od 0,5 do 1,4 puta masu Sunca, ali u fizičkom volumenu je blizu Zemlje: oko 10.000 kilometara u širini, sastoji se od jako komprimiranih atoma.
Zvijezde glavne sekvence: Tu spadaju crveni patuljci, zvijezde slične suncu i plavi divovi koje smo ranije spomenuli. Njihove veličine su vrlo različite, od 100.000 kilometara do 30.000.000 kilometara. Ali čak i najveća od ovih zvijezda, ako se stavi na mjesto Sunca, neće progutati Merkur.
Crveni divovi: prikazuje što se događa kad jezgra ostane bez vodika. Ako niste crveni patuljak (u tom ćete slučaju jednostavno postati bijeli patuljak), gravitacijsko stezanje zagrijavat će vašu jezgru dovoljno da počne fuzirati helij u ugljik. Fuzija helija s ugljikom emitira mnogo više energije od fuzije vodika s helijem, pa se zvijezda uvelike širi. Fizika je da odlazeća sila (zračenje) na rubu zvijezde mora uravnotežiti dolaznu silu (gravitaciju) kako bi zvijezda bila stabilna, a što je veća sila koja teži prema van, to će zvijezda biti veća. Crveni divovi obično su promjera 100-150.000.000 kilometara. To je dovoljno za progutanje Merkura, Venere i možda Zemlje.
Supergigantske zvijezde: Najmasovnije zvijezde koje na kraju stapaju helij i počinju spajati još teže elemente u svojim jezgrama: ugljik, kisik, silicij i sumpor. Te su zvijezde osuđene da postanu supernove ili crne rupe, ali prije toga nabujat će na milijarde kilometara ili više. Među njima su najveće zvijezde poput Betelgeusea, a ako takvu zvijezdu postavimo umjesto našeg Sunca, progutala bi sve naše čvrste planete, pojas asteroida, pa čak i Jupiter.
Sunce je još uvijek relativno malo u usporedbi s divovima, ali narast će do veličine Arcturusa u svojoj fazi crvenog diva
Za najmanje zvijezde, poput neutronskih zvijezda i bijelih patuljaka, vrijedi pravilo da zarobljena energija može pobjeći samo kroz malenu površinu koja ih dugo svijetli. Ali za sve ostale zvijezde veličina se određuje jednostavnom ravnotežom: snaga odlazećeg zračenja na površinu trebala bi biti jednaka gravitacijskoj privlačnosti prema unutra. Velike sile zračenja znače da zvijezda nabubri do velike veličine, a najveće zvijezde bubre na milijarde kilometara.
Ako su izračuni točni, Zemlju neće progutati Sunce u fazi crvenog diva. Ali na samom planetu postat će jako, jako vruće
Kako sunce stari, njegova se jezgra vremenom zagrijava, širi i zagrijava. Za jednu do dvije milijarde godina bit će dovoljno vruće da prokuha Zemljine oceane ako planet ne postavimo u sigurniju orbitu. Za nekoliko stotina milijuna godina Sunce će biti veliko i sjajno. Ali priznajmo: bez obzira koliko naše Sunce postalo veliko, ono nikada neće postati masivno od neutronskih zvijezda i najvećih superdivova, čak i ako je veće.
ILYA KHEL
