Co je to hvězda a jak to funguje?

Hvězdy vždy přitahovaly lidi, pravděpodobně od chvíle, kdy náš nejbližší předek vyšel ven a podíval se na noční oblohu. Stále jdeme ven v noci, když můžeme, a podíváme se nahoru a přemýšlíme o těch blikajících objektech. Vědecky jsou základem vědy o astronomii, která je studiem hvězd (a jejich galaxií). Hvězdy hrají významnou roli ve filmech sci-fi, televizních pořadech a videohrách jako pozadí dobrodružných příběhů. Jaké jsou tedy tyto záblesky světla, které se zdají být uspořádány do vzorů na noční obloze?

Ze Země jsou pro nás viditelné tisíce hvězd, zejména pokud pozorujeme ve skutečně temné obloze. Jen v samotné Mléčné dráze jsou však stovky milionů, ne všechny viditelné pro lidi na Zemi. Mléčná dráha není jen domovem všech těchto hvězd, obsahuje také „hvězdné školky“, kde se novorozené hvězdy vylíhnou v oblacích plynu a prachu.

Všechny hvězdy jsou velmi, velmi daleko, s výjimkou Slunce. Zbytek je mimo naši sluneční soustavu. Nejbližší z nás se jmenuje Proxima Centauria leží 4.2 světelné roky pryč.

Většina hvězdných hvězd, které chvíli pozorovaly, si začíná všímat, že některé hvězdy jsou jasnější než jiné. Zdá se, že mnoho z nich má i slabou barvu. Někteří vypadají modře, jiní bílí a ještě jiní slabé žluté nebo načervenalé odstíny. Je jich mnoho různé typy hvězd ve vesmíru.

Vyhříváme se ve světle hvězdy - Slunce. Liší se od planet, které jsou ve srovnání se Sluncem velmi malé a obvykle jsou vyrobeny ze skály (jako je Země a Mars) nebo chladných plynů (jako Jupiter a Saturn). Pochopením toho, jak Slunce funguje, mohou astronomové získat hlubší vhled do toho, jak fungují všechny hvězdy. A naopak, pokud během svého života studují mnoho dalších hvězd, je možné zjistit i budoucnost naší vlastní hvězdy.

Stejně jako všechny ostatní hvězdy ve vesmíru, i Slunce je obrovská, jasná koule horkého žhavícího plynu drženého pohromadě vlastní gravitací. Žije v galaxii Mléčná dráha a přibližně 400 miliard dalších hvězd. Všichni pracují podle stejného základního principu: ve svých jádrech fúzují atomy, aby vytvářeli teplo a světlo. Takto funguje hvězda.

Pro Slunce to znamená, že atomy vodíku jsou spolu s vysokým teplem a tlakem zabouchnuty dohromady. Výsledkem je atom helia. Tento proces fúze uvolňuje teplo a světlo. Tento proces se nazývá „hvězdná nukleosyntéza“ a je zdrojem mnoha prvků ve vesmíru těžší než vodík a helium. Takže od hvězd, jako je Slunce, budou mít budoucí vesmír takové prvky, jako je uhlík, které bude vytvářet, jak bude stárnout. Velmi „těžké“ prvky, jako je zlato nebo železo, se vyrábějí v hmotnějších hvězdách, když zemřou, nebo dokonce v katastrofických srážkách neutronových hvězd.

Jak hvězda provede tuto „hvězdnou nukleosyntézu“ a v tomto procesu se nerozpadne? Odpověď: hydrostatická rovnováha. To znamená, že gravitace hmoty hvězdy (která tlačí plyny dovnitř) je vyvážena vnějším tlakem tepla a světla - záření tlak - vytvořený jadernou fúzí probíhající v jádru.

Tato fúze je přirozený proces a vyžaduje ohromné ​​množství energie k zahájení dostatečného množství fúzních reakcí k vyrovnání gravitační síly ve hvězdě. Jádro hvězdy musí dosáhnout teploty přesahující asi 10 milionů Kelvinů, aby se začalo tavit vodík. Například naše Slunce má teplotu jádra kolem 15 milionů Kelvinů.

Hvězda, která spotřebovává vodík, aby vytvořila helium, se po celou dobu nazývá „hvězdou s hlavní sekvencí“. Když spotřebuje veškeré své palivo, jádro se smršťuje, protože vnější tlak záření již nestačí k vyrovnání gravitační síly. Teplota jádra stoupá (protože je komprimována) a to mu dává dostatek „oomph“, aby se začaly spojovat atomy helia začínající na uhlík. V tu chvíli se z hvězdy stane červený obr. Později, když jí dojde palivo a energie, se hvězda sama smrští a stane se z ní bílý trpaslík.

Další fáze vývoje hvězdy závisí na její hmotnosti, protože to diktuje jak to skončí. Hvězda s nízkou hmotností, jako je naše Slunce, má jiný osud od hvězd s vyššími hmotami. Odfoukne své vnější vrstvy, vytvoření planetární mlhoviny s bílým trpaslíkem uprostřed. Astronomové studovali mnoho dalších hvězd, které prošly tímto procesem, což jim dává lepší představu o tom, jak Slunce ukončí svůj život za pár miliard let.

Hvězdy s vysokou hmotností se však od Slunce v mnoha ohledech liší. Žijí krátký život a zanechávají nádherné pozůstatky. Když explodují jako supernovy, vypálí své prvky do vesmíru. Nejlepší příklad supernovy je Krabí mlhovina v Tauru. Jádro původní hvězdy je pozadu, protože zbytek jejího materiálu je vystřelen do vesmíru. Nakonec by se jádro mohlo komprimovat, aby se stalo neutronovou hvězdou nebo černou dírou.

Hvězdy existují v miliardách galaxií po celém vesmíru. Jsou důležitou součástí vývoje vesmíru. Byli prvními objekty, které se vytvořily před více než 13 miliardami let, a obsahovaly nejstarší galaxie. Když zemřeli, proměnili časný vesmír. Je to proto, že všechny ty prvky, které tvoří ve svých jádrech, se vrátí do vesmíru, když hvězdy umírají. A tyto prvky se nakonec spojí a vytvoří nové hvězdy, planety a dokonce i život! Proto astronomové často říkají, že jsme vyrobeni z „hvězdných věcí“.

Editoval Carolyn Collins Petersen.