Transcript Hviezdy:Vznik, život a zánik

Hviezdy: Vznik, život a zánik
Matej Hrabuša
Fyzikálny seminár
14.10.2010
Obsah
•
•
•
•
Vznik hviezd: globula a protohviezda
Fyzika hviezdneho vnútra: termojadrová fúzia
Zánik hviezd: červený obor, supernova
Osudy jadier rôzne hmotných hviezd: biely
trpaslík, neutrónová hviezda, čierna diera
Vznik hviezd
• Hviezdy sa nám javia ako stálice. Ak by sme
však začali vnímať čas v merítku života hviezd,
zistili by sme ich životný cyklus je dynamický a
často až neuveriteľne dramatický proces.
• Vznikajú z mračien prachu a plynu, ktoré sú ale
také riedke, že skôr pripomínajú vákuum, aké
sme schopní vytvoriť na Zemi.
Globula a Protohviezda
• Globula je malá, tmavá, približne guľatá
hmlovina. Vďaka gravitačnej kontrakcii sa
globula zmršťuje a zahrieva.
• Protohviezda alebo prahviezda je obdobie
vývoja hviezdy po tom, ako oblaky vodíka a
hélia začali kontrakciu a predtým, ako hviezda
dosiahla hlavnú postupnosť.
Hertzsprung–Russellov diagram
Slnko
• Naša najbližšia hviezda, svetlo z neho letí na
Zem približne 8 minút a 20 sekúnd.
• Výkon Slnka: Každú sekundu sa premení 592
miliónov ton vodíka na 587,9 milióna ton
hélia. Zvyšných 4,1 milióna ton sa premení na
energiu - stály svietivý výkon Slnka je 383
miliárd miliárd megawattov energie!
Fyzika hviezdneho vnútra
• Proces jadrovej fúzie, ktorou Slnko uvoľňuje svoju energiu
je séria 3 zrážok medzi atómovými časticami. Nazýva sa
protón-protónový cyklus, pri ktorom sa spájajú 4 vodíkové
jadrá (protóny) do jedného héliového jadra a uvolňuje sa
energia.
• V jadre prebieha aj ďalší reťazec jadrových reakcií, nazývaný
CNO cyklus podľa značiek prvkov uhlíka, dusíka a kyslíka,
ktoré pri ňom vznikajú. Neskôr, keď sa vyčerpá značná časť
vodíka v jadre hviezdy, začne sa hviezda vlastnou
gravitáciou stláčať a teplota v jadre vzrastie natoľko, že
začne ďalší cyklus. Pri Salpeterovej reakcií sa zlučujú 3 jadrá
hélia a vzniká uhlík. Popri tom sa udržuje vodíkový cyklus,
ibaže sa presúva do vyšších vrstiev hviezdy, ešte bohatých
na vodík.
Zánik hviezd
• Hviezda vstupuje do fázy svojho zániku, keď skončia
jadrové reakcie v jej vnútri. Tým sa hviezda stane
nestabilnou.
• Hviezda o relatívne malej hmotnosti v priebehu miliárd
rokov spáli jadrové palivo a stane sa z nej červený obor.
Ten sa potom rozloží a vytvorí planetárnu hmlovinu
(oblak prachu a plynu) obklopujúcu bieleho trpaslíka.
• Hviezda o veľkej hmotnosti spáli svoje jadrové palivo
rýchlejšie (niekoľko miliónov rokov) a stane sa z nej
veleobor (gigant). Ten potom vybuchne obrovskou
explóziou zvanou supernova. Zvyšné jadro vytvorí
neutrónovú hviezdu, alebo čiernu dieru.
Červený obor
• Červený obor je veľká hviezda mimo hlavnej
postupnosti typu K alebo M, červenej farby.
Patrí sem napríklad Aldebaran a Arktúr. Je to
jedno zo záverečných štádií vývoja hviezd do
1,4 hmotnosti Slnka.
Supernova
• Termín supernova sa vzťahuje na niekoľko typov hviezdnych
explózií, ktorými vznikajú extrémne jasné objekty zložené z
plazmy, ktorých jasnosť potom v priebehu týždňov či
mesiacov opäť o mnoho radov klesá.
• K tomuto koncu vedú dve možné cesty: alebo ide o masívnu
hviezdu, ktorá vo svojom jadre vyčerpala zásoby paliva pre
fúziu a začala sa zmršťovať pod silou svojej vlastnej
gravitácie, alebo o bieleho trpaslíka, ktorý nahromadil
materiál od svojho hviezdneho sprievodcu, dosiahol
Chandrasekharovu medzu a prešiel termonukleárnou
explóziou. V oboch prípadoch výsledná explózia supernovy
rozmetá obrovskou silou väčšinu alebo všetku hmotu
hviezdy.
Super Supernova
• Pri extrémne hmotných hviezdach (dosahujúcich
hmotnosti 150 násobku Slnka) nedochádza pri explózii
supernovy k následnému vzniku čiernej diery, ale k tzv.
Super Supernove.
• Superhmotné hviezdy produkujú také veľké množstvo
gama žiarenia, že na konci ich života sa časť tohto
žiarenia premení na hmotu a antihmotu, väčšinou na
elektróny a pozitróny. Gama žiarenie svojou energiou
"chráni" vonkajšie vrstvy hviezdy pred kolapsom
(zrútením). Pri vzniku hmoty a antihmoty táto ochrana
zmizne, vonkajšie vrstvy hviezdy padajú dovnútra,
začína sa termonukleárna explózia, ktorá hviezdu zničí.
Biely trpaslík
• Červený obor stráca pri zániku až 90% svojej hmoty, ktorá
potom okolo kolabujúceho jadra vytvára planetárnu
hmlovinu.
• Pri zmršťovaní je hmota jadra stlačovaná omnoho viac ako
by to bolo možné na Zemi. V určitom okamihu však už jadro
ďalšiemu stlačovaniu odoláva a stáva sa bielym trpaslíkom o
hmotnosti neprekračujúcej 1,4 násobok hmotnosti Slnka a
veľkosti podobnej Zemi.
• Ich hustota je tak veľká, že čajová lyžička ich hmoty by na
Zemi vážila 1,4tony.
• Chandrasekharova medza je maximálna hmotnosť bieleho
trpaslíka pri ktorej ešte zostáva stabilný. Je rovná 2,9 × 1030
kg, teda 1,44 hmotnosti Slnka.
Neutrónová hviezda
• Keď niektorá hmotná hviezda exploduje ako
supernova, jej jadro môže prežiť. Pokiaľ má jadro
hmotnosť medzi 1,4 a 3 násobku hmotnosti
Slnka, gravitácia ho zmrští tak, že sú jeho protóny
a elektróny vtlačené do seba a vzniknú tak
neutróny.
• Pri priemere hviezdy asi 10km, sa proces jej
zmršťovania zastaví. Niektoré neutrónové hviezdy
sú zo Zeme pozorované ako pulzary, ktoré
vyžarujú dve zväzky žiarenia.
Pulzar
• Pulzar je rotujúce neutrónová hviezda,
vysielajúca rádiové vlny v podobe pulzov.
Pomerne tenké lúče žiarenia vychádzajú z
blízkosti oboch pólov a pri rotácii vytvárajú
efekt blikajúceho majáku.
Kvarková hviezda
• Kvarková hviezda (Podivná hviezda) je hypotetický typ
hviezdy zloženej z kvarkov známych pod označením
podivné.
• Hmotnosť a hustota kvarkovej hviezdy je niekde medzi
neutrónovou hviezdou a čiernou dierou.
• Kvarková hviezda môže vzniknúť z neutrónovej
pomocou kvarkového oslobodenia. Tento proces môže
spôsobiť kvarknovu a uvoľniť nesmierne množstvo
energie. Je možné že tzv. záblesky gama žiarenia sú v
skutočnosti explózie kvarknov.
• Ak je kvarkovej hviezde dodané dostatočné množstvo
hmoty, zmení sa na čiernu dieru.
Čierna diera
• Keď hviezda exploduje ako supernova, môže zanechať
hrútiace sa jadro. V jadre, ktorého hmotnosť prevyšuje
trojnásobok hmotnosti Slnka, gravitácia úplne
prekonáva rozpínavosť stlačenej hmoty jadra.
• Gravitačný kolaps je proces, pri ktorom sa teleso
pôsobením gravitačnej sily nekontrolovane zrúti samo
do seba, do singularity.
• Gravitačná singularita sa vyskytuje, keď astrofyzický
model, spravidla založený na všeobecnej teórii
relativity, predpokladá bod nekonečnej zakrivenosti
časopriestoru.
Zdroje
– http://astroportal.sk/
– http://www.boinc.sk/
– http://www.ovesmire.webzdarma.cz/
– http://www.quark.sk/
– http://hockicko.uniza.sk/
– http://www.wikipedia.org/
– http://www.aldebaran.cz/astrofyzika/