Nuo molekulinių debesų iki žvaigždžių liekanų: kelionė per kosminę evoliuciją
Žvaigždės yra pamatiniai galaktikų komponentai – kosminės “krosnys”, kuriose branduolinės reakcijos iš lengvųjų elementų kuria sunkesniuosius. Tačiau žvaigždės labai įvairios: jų masės, šviesiai ir gyvavimo trukmė skiriasi nuo smulkiausių raudonųjų nykštukių, galinčių gyvuoti trilijonus metų, iki milžiniškų supermilžinių, trumpai, bet itin ryškiai žibėjusių, kol sprogsta supernovomis. Žvaigždėdaros ir žvaigždžių gyvavimo ciklo suvokimas padeda suprasti, kaip galaktikos išlieka aktyvios, perdirba dujas ir dulkes, bei prisotina visatą cheminiais elementais, būtinais planetoms ir gyvybei atsirasti.
Šiame ketvirtajame stambiajame teminiame bloke – Žvaigždžių formavimas ir jų gyvavimo ciklas – aptarsime žvaigždžių kelionę nuo pradinės užuomazgos tamsiuose, dulkėtuose debesyse iki neretai sprogstančių baigiamųjų stadijų. Žemiau pateiktas būsimų skyrių sąrašas:
-
Molekuliniai debesys ir protžvaigždės
Pradėsime nuo žvilgsnio į žvaigždžių lopšius – tamsius, šaltus tarpgalaktinius molekulinius debesis, gausius dujų ir dulkių. Šie debesys veikiami gravitacijos gali suirti į protžvaigždes, po truputį augančias kaupiant masę iš aplinkos. Magnetiniai laukai, turbulencija ir gravitacinis susiskaidymas lemia, kiek ir kokių masių žvaigždžių susidaro, taip pat ar formuojasi spiečiai. -
Pagrindinės sekos žvaigždės: vandenilio sintezė
Kai protžvaigždės branduolyje temperatūra ir slėgis pasiekia kritinį lygį, užsiveda vandenilio sintezė. Daugiausia laiko žvaigždės praleidžia pagrindinėje sekoje, kur spinduliavimo slėgis, sukurtas branduolinio sintezės proceso, atsveria gravitacijos trauką. Nesvarbu, ar tai Saulė, ar tolimas raudonasis nykštukas, ši fazė – svarbiausias žvaigždės evoliucijos etapas, užtikrinantis stabilų švytėjimą ir palaikantis potencialias planetų sistemas. -
Branduolinės sintezės keliai
Ne visos žvaigždės vandenilį verčia heliu tais pačiais būdais. Čia aptarsime protonų–protonų grandinę, būdingą mažesnės masės žvaigždėms (pvz., Saulei), bei CNO ciklą, svarbų didesnės masės, karštesniuose branduoliuose. Žvaigždės masė lemia, kuris sintezės kelias vyrauja ir kokiu greičiu vyksta branduolys. -
Mažos masės žvaigždės: raudonieji milžinai ir baltosios nykštukės
Žvaigždėms, panašioms ar mažesnėms už Saulę, pasibaigus vandenilio atsargoms branduolyje, jos plečiasi į raudonųjų milžinų stadiją, tęsdamos branduolinę sintezę išorinėse sluoksniuose (helio ir kartais sunkesniųjų elementų). Galiausiai, jos išmetamosios išorinės dalys suformuoja planetinį ūką, o žvaigždės branduolys virsta baltąja nykštuke – nedideliu, bet labai tankiu objekto likučiu, kuris pamažu vėsta kosminėje erdvėje. -
Didelės masės žvaigždės: supermilžinės ir branduolio kolapso supernovos
Tuo tarpu masyvios žvaigždės daug greičiau praeina įvairius sintezės etapus, gamindamos vis sunkesnius elementus branduolyje. Jos baigia savo egzistenciją branduolio kolapso supernova, sprogimu, kuris paskleidžia milžinišką energiją ir sukuria sunkiuosius elementus. Toks sprogimas gali palikti neutroninę žvaigždę arba juodąją skylę, kurie daro itin svarbią įtaką savo aplinkai ir galaktikos raidai. -
Neutroninės žvaigždės ir pulsarai
Daugeliui supernovų liekanų būdinga stipri gravitacinė kompresija, formuojanti neutroninę žvaigždę. Jei ji sparčiai sukasi ir turi galingą magnetinį lauką, iš jos paviršiaus gali sklisti reguliariai pulsuojanti spinduliuotė – pulsaras. Šių itin tankių žvaigždinių likučių stebėsena praplečia mūsų žinias apie ekstremalią fiziką. -
Magnetarai: ekstremalūs magnetiniai laukai
Išskirtinė neutroninių žvaigždžių klasė – magnetarai – pasižymi itin stipriu magnetiniu lauku, trilijonus kartų viršijančiu Žemės lauką. Kartais magnetarai patiria „žvaigždėdrebas“ (starquakes), išlaisvinančias ypač galingus gama spindulių žybsnius, parodančius vienus stipriausių žinomų magnetinių reiškinių. -
Žvaigždinės juodosios skylės
Didžiausios masės žvaigždžių branduolio kolapsas gali palikti juodąją skylę. Tai regionai, kuriuose gravitacija tokia stipri, kad net šviesa negali ištrūkti. Šios žvaigždinės juodosios skylės, skirtingos nuo supermasyviųjų galaktikų centruose, gali formuoti rentgeno spindulių dvinares sistemas ir, susijungdamos, generuoti aptinkamus gravitacinius bangų signalus. -
Nukleosintezė: elementų, sunkesnių už geležį, susidarymas
Būtent supernovose ir neutroninių žvaigždžių susiliejimuose susiformuoja didesni nei geležis elementai (pvz., auksas, sidabras, uranas), praturtindami tarpžvaigždinę terpę. Ši nuolatinė praturtinimo grandinė „pasėja“ galaktikas ateities žvaigždžių kartoms ir galimai planetų sistemoms. -
Dvinarių žvaigždžių sistemos ir egzotiniai reiškiniai
Daugelis žvaigždžių formuojasi dvinarių ar daugianarių sistemų pavidalu, o tai lemia masės pernašą bei novų sprogimus ar I tipo Ia supernovas, kai baltoji nykštukė sistemoje pasiekia Čandrasekaro ribą. Neutroninių žvaigždžių ar juodųjų skylių dvinarių susijungimai tampa gravitacinių bangų šaltiniais, patvirtinančiais dramatiškus baigiamuosius žvaigždžių remnantų susidūrimus.
Kartu šios temos atskleidžia visą žvaigždžių gyvavimo ciklą – kaip trapi protžvaigždė užsidega, kaip stabilios pagrindinės sekos fazės užtikrina ilgalaikį švytėjimą, kaip supernovos praturtina galaktikas sunkiaisiais elementais ir kaip žvaigždžių liekanos galiausiai formuoja kosminę aplinką. Tiriant šias žvaigždžių istorijas, astronomai giliau supranta galaktikų raidą, Visatos cheminę evoliuciją ir sąlygas, kurios gali lemti planetų ir, galbūt, gyvybės atsiradimą prie daugybės žvaigždžių.