Masiv înseamnă mare, mai puțin masiv înseamnă mic, nu? Nu este atât de simplu când vine vorba de stele și dimensiunile lor. Dacă comparăm planeta Pământ cu Soarele, se dovedește că este posibil să plasăm 109 dintre planetele noastre una peste alta, doar pentru a deschide calea de la un capăt al stelei la celălalt. Dar există stele mai mici decât Pământul și mult, mult mai mari decât orbita Pământului în jurul Soarelui. Cum este posibil acest lucru? Ce determină mărimea unei stele? De ce sunt „soarele” atât de diferiți?
Întrebarea nu este ușoară, deoarece cu greu vedem dimensiunea unei stele.
O vedere telescopică profundă a stelelor pe cerul nopții arată în mod clar stele de diferite dimensiuni și luminozitate, dar toate stelele sunt prezentate ca puncte. Diferența de dimensiune este o iluzie optică asociată cu saturația camerelor de observare
Chiar și într-un telescop, majoritatea stelelor arată ca niște puncte de lumină simple datorită distanțelor gigantice față de noi. Diferențele lor de culoare și luminozitate sunt ușor de văzut, dar dimensiunea este chiar opusă. Un obiect de o anumită dimensiune la o anumită distanță va avea așa-numitul diametru unghiular: dimensiunea aparentă pe care un obiect o ocupă pe cer. Cea mai apropiată stea de Soare, Alpha Centauri A, este la doar 4,3 ani lumină distanță și cu 22% mai mare decât Soarele pe rază.
Două stele asemănătoare soarelui, Alpha Centauri A și B, sunt situate la doar 4,37 ani lumină de noi și orbitează reciproc la o distanță între Saturn și Neptun. Chiar și în această imagine Hubble, ele apar ca surse punctuale pur și simplu suprasaturate; nici un disc vizibil
Cu toate acestea, ni se pare că diametrul său unghiular este de numai 0,007 ", sau secunde de arc. 60 de secunde de arc constă într-un minut de arc; 60 de minute de arc este de 1 grad, iar 360 de grade este un cerc complet. Chiar și un telescop precum Hubble poate vedea doar 0,05 "; există foarte puține stele în Univers pe care un telescop le poate „vedea” de fapt într-o rezoluție decentă. De obicei, acestea sunt stele uriașe din apropiere, cum ar fi Betelgeuse sau R Doradus - cele mai mari stele din întregul cer în ceea ce privește diametrul unghiular.
O imagine radio a stelei foarte mari, Betelgeuse. Una dintre puținele stele pe care le vedem ca mai mult decât o sursă punctuală de pe Pământ
Din fericire, există măsurători indirecte care ne permit să calculăm dimensiunea fizică a unei stele și sunt incredibil de pline de speranță. Dacă aveți un obiect sferic care devine atât de fierbinte încât emite radiații, cantitatea totală de radiație emisă de o stea este determinată de doi parametri: temperatura obiectului și dimensiunea sa fizică. Motivul pentru aceasta este că singurul loc care emite lumină în Univers este suprafața unei stele, iar suprafața unei sfere este întotdeauna calculată folosind aceeași formulă: 4πr2, unde r este raza sferei. Dacă puteți măsura distanța până la această stea, temperatura și luminozitatea acesteia, îi cunoașteți raza și, prin urmare, dimensiunea, pur și simplu pentru că acestea sunt legile fizicii.
Video promotional:
Imagine de aproape a gigantului roșu UY Scuti, procesată cu telescopul Observatorului Rutherford. Această stea strălucitoare poate fi doar un „punct” pentru majoritatea telescoapelor, dar este de fapt cea mai mare stea cunoscută de omenire.
Când facem observații, vedem că unele stele au doar câteva zeci de kilometri, în timp ce altele au o dimensiune de 1.500 de ori mai mare decât Soarele. Dintre stelele supergigante, cea mai mare este UY Scuti cu un diametru de 2,4 miliarde de kilometri, care este mai mare decât orbita lui Jupiter în jurul Soarelui. Desigur, aceste exemple incredibile de stele nu pot fi judecate în funcție de majoritate. Cel mai frecvent tip de stele sunt stelele secvenței principale, cum ar fi Soarele nostru: o stea care este fabricată din hidrogen și își obține energia prin fuziunea hidrogenului în heliu în nucleul său. Și vin în diferite dimensiuni, în funcție de masa stelei în sine.
O regiune tânără care formează stele în propria noastră Căi Lactee. Pe măsură ce norii de gaz sunt compactați de gravitație, protostelele se încălzesc și devin mai dense până când fuziunea începe în sfârșit în nucleele lor.
Când formați o stea, contracția gravitațională transformă energia potențială (energia potențială gravitațională) în particule cinetice (căldură / mișcare) din miezul stelei. Dacă există suficientă masă, temperatura va deveni suficient de ridicată pentru a aprinde fuziunea nucleară în regiunile cele mai interioare, unde nucleii de hidrogen sunt transformați în heliu într-o reacție în lanț. Într-o stea cu masă redusă, doar o mică parte din centru în sine va atinge pragul de 4.000.000 de grade și fuziunea va începe și va continua lent. Pe de altă parte, cele mai mari stele pot fi de sute de ori mai masive decât Soarele și pot atinge temperaturi de bază de câteva zeci de milioane de grade, fuzionând hidrogenul în heliu cu o rată de milioane de ori mai rapidă decât a Soarelui nostru.
Sistemul modern de clasificare spectrală Morgan-Keenan, cu intervalul de temperatură al fiecărei clase de stele prezentat mai sus în Kelvin. Marea majoritate a stelelor (75%) sunt stele din clasa M, dintre care doar 1 din 800 sunt suficient de masive pentru a deveni supernova
Cele mai mici stele au cel mai mic flux extern și presiunea de radiație, iar cele mai masive au cea mai mare. Această radiație externă și această energie împiedică steaua să se prăbușească gravitațional, dar vă poate surprinde că intervalul este relativ îngust. Cele mai mici stele, pitice roșii precum Proxima Centauri și VB 10, reprezintă doar 10% din dimensiunea Soarelui, puțin mai mare decât Jupiter. Dar cel mai mare gigant albastru, R136a1, este de 250 de ori mai mare decât Soarele, dar are doar un diametru de 30 de ori mai mare. Dacă sintetizați hidrogen în heliu, steaua nu se va schimba prea mult în dimensiune.
Dar nu fiecare stea sintetizează hidrogenul în heliu. Cele mai mici stele nu sintetizează deloc nimic, iar cele mai mari se află într-un stadiu mult mai energic din viața lor. Putem împărți stelele în tipuri după mărime și evidențiați cinci clase generale
Stele de neutroni: rămășițe de supernova care conțin o masă de unu până la trei sori, dar comprimate într-un nucleu atomic uriaș. Încă emit radiații, dar în cantități mici datorită dimensiunii lor. O stea obișnuită de neutroni are o dimensiune de 20-100 de kilometri.
Stele pitice albe: se formează atunci când o stea asemănătoare soarelui arde ultimul combustibil de heliu din miezul său, iar straturile exterioare se umflă pe măsură ce straturile interioare se contractă. De obicei, o stea pitică albă are de la 0,5 la 1,4 ori masa Soarelui, dar în volum fizic este apropiată de Pământ: aproximativ 10.000 de kilometri lățime, constând din atomi foarte comprimați.
Stele secvențiale principale: acestea includ pitici roșii, stele asemănătoare solare și giganți albaștri, pe care le-am menționat deja. Dimensiunile lor sunt foarte diferite, de la 100.000 de kilometri la 30.000.000 de kilometri. Dar chiar și cea mai mare dintre aceste stele, dacă este pusă în locul Soarelui, nu va înghiți Mercur.
Red Giants: Arată ce se întâmplă atunci când nucleul rămâne fără hidrogen. Dacă nu sunteți un pitic roșu (caz în care veți deveni pur și simplu un pitic alb), contracția gravitațională vă va încălzi suficient nucleul pentru a începe să fuzioneze heliu în carbon. Fuziunea heliului cu carbonul emite mult mai multă energie decât fuziunea hidrogenului cu heliul, astfel încât steaua se extinde foarte mult. Fizica este că forța de ieșire (radiația) de la marginea stelei trebuie să echilibreze forța de intrare (gravitația) pentru ca steaua să fie stabilă și cu cât este mai mare forța care tinde spre exterior, cu atât steaua va fi mai mare. Giganții roșii au de obicei 100-150.000.000 de kilometri în diametru. Este suficient pentru a înghiți Mercur, Venus și, eventual, Pământul.
Stele supergigante: Cele mai masive stele care ajung să fuzioneze heliu și să înceapă să contopească elemente și mai grele în nucleele lor: carbon, oxigen, siliciu și sulf. Aceste stele sunt sortite să devină supernove sau găuri negre, dar înainte de aceasta se vor umfla cu miliarde de kilometri sau mai mult. Printre acestea se numără cele mai mari stele precum Betelgeuse și, dacă am pune o astfel de stea în locul Soarelui nostru, ne-ar înghiți toate planetele solide, centura de asteroizi și chiar Jupiter.
Soarele este încă relativ mic în comparație cu giganții, dar va crește până la dimensiunea lui Arcturus în faza sa de uriaș roșu
Pentru cele mai mici stele dintre toate, cum ar fi stelele cu neutroni și piticii albi, regula este că energia prinsă poate scăpa doar printr-o suprafață mică care le menține strălucitoare pentru o lungă perioadă de timp. Dar pentru toate celelalte stele, dimensiunea este determinată de un echilibru simplu: puterea radiației de ieșire de pe suprafață ar trebui să fie egală cu atracția gravitațională interioară. Forțele mari de radiații înseamnă că steaua se umflă la o dimensiune mare, cele mai mari stele umflându-se la miliarde de kilometri.
Pământul, dacă calculele sunt corecte, nu va fi înghițit de Soare în faza de uriaș roșu. Dar pe planeta însăși se va face foarte, foarte cald
Pe măsură ce soarele îmbătrânește, miezul său se încălzește, se extinde și se încălzește în timp. Într-unul sau două miliarde de ani, va fi suficient de cald pentru a fierbe oceanele Pământului dacă nu vom pune planeta pe o orbită mai sigură. Peste câteva sute de milioane de ani, Soarele va fi mare și luminos. Dar să recunoaștem: oricât de mare ar deveni Soarele nostru, el nu va deveni niciodată mai masiv decât stelele de neutroni și cei mai mari super-giganți, chiar dacă este mai mare.
ILYA KHEL
