Vòng đời của một ngôi sao nhỏ

NộI Dung

• Sự hình thành của một Protostar
• Tia lửa điện của sự sống
• Vòng đời sao nhỏ: Chuỗi chính
• Trình tự sau chính - Những năm vàng
• Các ngôi sao có kích thước mặt trời mở rộng để trở thành tinh vân hành tinh
• Những gì còn lại là một sao lùn trắng
• Ảnh hưởng lớn đến vòng đời

Các ngôi sao thực sự được sinh ra từ sao, và bởi vì các ngôi sao là nhà máy sản xuất tất cả các nguyên tố nặng, thế giới của chúng ta và mọi thứ trong đó cũng đến từ sao.

Những đám mây của nó, bao gồm chủ yếu là các phân tử khí hydro, trôi nổi trong sự lạnh lẽo không thể tưởng tượng được của không gian cho đến khi trọng lực buộc chúng tự sụp đổ và tạo thành những ngôi sao.

Tất cả các ngôi sao được tạo ra bằng nhau, nhưng giống như mọi người, chúng có nhiều biến thể. Yếu tố quyết định chính của một đặc điểm sao là lượng sao được tham gia vào sự hình thành của nó.

Một số ngôi sao rất lớn và chúng có cuộc sống ngắn ngủi, ngoạn mục, trong khi những ngôi sao khác quá nhỏ đến nỗi chúng hầu như không đủ khối lượng để trở thành một ngôi sao ngay từ đầu và chúng có tuổi thọ cực kỳ dài. Vòng đời của một ngôi sao, như NASA và các cơ quan không gian khác giải thích, phụ thuộc rất nhiều vào khối lượng.

Những ngôi sao có kích thước xấp xỉ mặt trời của chúng ta được coi là những ngôi sao nhỏ, nhưng chúng không nhỏ như những người lùn đỏ, có khối lượng bằng một nửa mặt trời và gần như vĩnh cửu như một ngôi sao có thể có được.

Vòng đời của một ngôi sao có khối lượng thấp như mặt trời, được phân loại là loại G, sao thứ tự chính (hoặc sao lùn màu vàng), kéo dài khoảng 10 tỷ năm. Mặc dù các ngôi sao có kích thước này không trở thành siêu tân tinh, nhưng chúng kết thúc cuộc sống của mình trong thời trang ấn tượng.

Sự hình thành của một Protostar

Trọng lực, lực bí ẩn đó giữ chân chúng ta dán xuống mặt đất và các hành tinh quay tròn trên quỹ đạo của chúng, chịu trách nhiệm hình thành sao. Trong các đám mây khí và bụi liên sao bay khắp vũ trụ, trọng lực kết hợp các phân tử thành các cụm nhỏ, phá vỡ các đám mây mẹ của chúng để trở thành các nguyên mẫu. Đôi khi sự sụp đổ được kết tủa bởi một sự kiện vũ trụ, chẳng hạn như siêu tân tinh.

Nhờ khối lượng tăng lên của chúng, các tiền vệ có thể thu hút được nhiều ngôi sao hơn. Bảo toàn động lượng làm cho vật chất sụp đổ tạo thành một đĩa quay, và nhiệt độ tăng lên do áp suất tăng và động năng được giải phóng bởi các phân tử khí thu hút vào trung tâm.

Một số nguyên mẫu được cho là tồn tại trong Tinh vân Orion, trong số những nơi khác. Những người rất trẻ quá khuếch tán để có thể nhìn thấy, nhưng cuối cùng họ trở nên mờ đục khi họ hợp lại. Khi điều này xảy ra, sự tích tụ của vật chất bẫy bức xạ hồng ngoại trong lõi, làm tăng thêm nhiệt độ và áp suất, cuối cùng ngăn không cho vật chất rơi vào lõi.

Phong bì của ngôi sao tiếp tục thu hút vật chất và phát triển, tuy nhiên, cho đến khi một cái gì đó đáng kinh ngạc xảy ra.

Tia lửa điện của sự sống

Thật khó để tin rằng lực hấp dẫn, vốn là một lực tương đối yếu, có thể kết tủa chuỗi sự kiện dẫn đến phản ứng nhiệt hạch, nhưng đó là những gì xảy ra. Khi protostar tiếp tục tích tụ vật chất, áp lực ở lõi trở nên mãnh liệt đến mức hydro bắt đầu nung chảy thành helium, và protostar trở thành một ngôi sao.

Sự ra đời của hoạt động nhiệt hạch tạo ra một cơn gió dữ dội đập từ ngôi sao dọc theo trục quay. Vật chất lưu thông xung quanh chu vi của ngôi sao bị gió này đẩy ra. Đây là giai đoạn T-Tauri của sự hình thành sao, được đặc trưng bởi hoạt động bề mặt mạnh mẽ, bao gồm cả pháo sáng và phun trào. Ngôi sao có thể mất tới 50 phần trăm khối lượng của nó trong giai đoạn này, mà đối với một ngôi sao có kích thước bằng mặt trời, tồn tại trong vài triệu năm.

Cuối cùng, vật chất xung quanh chu vi các ngôi sao bắt đầu tiêu tan và những gì còn lại kết lại thành các hành tinh. Gió mặt trời lắng xuống, và ngôi sao ổn định trong thời kỳ ổn định trên dãy chính. Trong giai đoạn này, lực bên ngoài được tạo ra bởi phản ứng tổng hợp hydro với heli xảy ra ở lõi làm cân bằng lực hút vào bên trong và ngôi sao không mất cũng không thu được vật chất.

Vòng đời sao nhỏ: Chuỗi chính

Hầu hết các ngôi sao trên bầu trời đêm là các ngôi sao theo trình tự chính, bởi vì khoảng thời gian này dài nhất trong vòng đời của bất kỳ ngôi sao nào. Trong khi trên chuỗi chính, một ngôi sao hợp nhất hydro thành helium và nó tiếp tục làm như vậy cho đến khi hết nhiên liệu hydro.

Phản ứng nhiệt hạch xảy ra nhanh hơn ở những ngôi sao lớn hơn so với những ngôi sao nhỏ hơn, vì vậy những ngôi sao lớn sẽ đốt nóng hơn, với ánh sáng trắng hoặc xanh và chúng cháy trong thời gian ngắn hơn. Trong khi một ngôi sao có kích thước của mặt trời sẽ tồn tại trong 10 tỷ năm, một người khổng lồ màu xanh siêu khổng lồ có thể chỉ tồn tại trong 20 triệu.

Nói chung, hai loại phản ứng nhiệt hạch xảy ra trong các ngôi sao có trình tự chính, nhưng trong các ngôi sao nhỏ hơn, như mặt trời, chỉ có một loại xảy ra: chuỗi proton-proton.

Proton là hạt nhân hydro và trong lõi sao, chúng đang di chuyển đủ nhanh để vượt qua lực đẩy tĩnh điện và va chạm để tạo thành hạt nhân helium-2, giải phóng một v-neutrino và một positron trong quá trình này. Khi một proton khác va chạm với helium-2 mới hình thành hạt nhân, chúng hợp nhất thành helium-3 và giải phóng một photon gamma. Cuối cùng, hai hạt nhân helium-3 va chạm để tạo ra một hạt nhân helium-4 và hai proton nữa, tiếp tục phản ứng dây chuyền, vì vậy, tất cả, phản ứng proton-proton tiêu thụ bốn proton.

Một chuỗi phụ xảy ra trong phản ứng chính tạo ra beryllium-7 và lithium-7, nhưng đây là những yếu tố chuyển tiếp kết hợp, sau khi va chạm với positron, để tạo ra hai hạt nhân helium-4. Một chuỗi con khác tạo ra beryllium-8, không ổn định và tự phân tách thành hai hạt nhân helium-4. Các quy trình phụ này chiếm khoảng 15% tổng sản lượng năng lượng.

Trình tự sau chính - Những năm vàng

Những năm vàng trong vòng đời của một con người là những năm mà năng lượng bắt đầu suy yếu dần, và điều tương tự cũng đúng với một ngôi sao. Những năm vàng cho một ngôi sao có khối lượng thấp xảy ra khi ngôi sao đã tiêu thụ hết nhiên liệu hydro trong lõi của nó, và giai đoạn này còn được gọi là chuỗi hậu chính. Phản ứng nhiệt hạch trong lõi ngừng hoạt động, và lớp vỏ helium bên ngoài sụp đổ, tạo ra năng lượng nhiệt khi năng lượng tiềm tàng trong lớp vỏ sụp đổ được chuyển đổi thành động năng.

Nhiệt tăng thêm làm cho hydro trong vỏ bắt đầu nóng chảy trở lại, nhưng lần này, phản ứng tạo ra nhiều nhiệt hơn so với khi nó chỉ xảy ra trong lõi.

Sự kết hợp của lớp vỏ hydro đẩy các cạnh của ngôi sao ra ngoài, và bầu khí quyển bên ngoài mở rộng và nguội đi, biến ngôi sao thành một người khổng lồ đỏ. Khi điều này xảy ra với mặt trời trong khoảng 5 tỷ năm, nó sẽ mở rộng một nửa khoảng cách đến Trái đất.

Sự giãn nở đi kèm với nhiệt độ tăng ở lõi khi nhiều helium bị đổ vào bởi các phản ứng tổng hợp hydro xảy ra trong vỏ. Trời nóng đến mức phản ứng tổng hợp helium bắt đầu trong lõi, tạo ra berili, carbon và oxy, và một khi phản ứng này (được gọi là đèn flash helium) bắt đầu, nó lan rộng nhanh chóng.

Sau khi helium trong vỏ bị cạn kiệt, lõi của một ngôi sao nhỏ không thể tạo ra đủ nhiệt để hợp nhất các nguyên tố nặng hơn đã được tạo ra và lớp vỏ bao quanh lõi lại sụp đổ. Sự sụp đổ này tạo ra một lượng nhiệt đáng kể - đủ để bắt đầu phản ứng tổng hợp helium trong vỏ - và phản ứng mới bắt đầu một giai đoạn giãn nở mới trong đó bán kính sao tăng gấp 100 lần bán kính ban đầu.

Khi mặt trời của chúng ta đạt đến giai đoạn này, nó sẽ mở rộng ra ngoài quỹ đạo của Sao Hỏa.

Các ngôi sao có kích thước mặt trời mở rộng để trở thành tinh vân hành tinh

Bất kỳ câu chuyện nào về vòng đời của một ngôi sao cho trẻ em nên bao gồm một lời giải thích về tinh vân hành tinh, bởi vì chúng là một trong những hiện tượng nổi bật nhất trong vũ trụ. Thuật ngữ tinh vân hành tinh là một cách gọi sai, bởi vì nó không liên quan gì đến các hành tinh.

Đây là hiện tượng chịu trách nhiệm cho những hình ảnh ấn tượng của Mắt thần (Tinh vân Helix) và những hình ảnh khác như vậy làm đông đảo internet. Khác xa với hành tinh trong tự nhiên, một tinh vân hành tinh là chữ ký của một ngôi sao nhỏ sụp đổ.

Khi ngôi sao mở rộng sang pha khổng lồ đỏ thứ hai của nó, lõi đồng thời sụp đổ thành một sao lùn trắng siêu nóng, là tàn dư dày đặc có phần lớn khối lượng của ngôi sao ban đầu được gói vào một quả cầu có kích thước Trái đất. Sao lùn trắng phát ra bức xạ cực tím làm ion hóa khí trong lớp vỏ mở rộng, tạo ra màu sắc và hình dạng ấn tượng.

Những gì còn lại là một sao lùn trắng

Tinh vân hành tinh không tồn tại lâu, tiêu tan trong khoảng 20.000 năm. Tuy nhiên, ngôi sao lùn trắng còn sót lại sau một tinh vân hành tinh đã tiêu tan, tuy nhiên, vẫn tồn tại rất lâu. Về cơ bản, nó là một cục carbon và oxy trộn lẫn với các electron được đóng gói chặt chẽ đến mức chúng được cho là bị thoái hóa. Theo định luật cơ học lượng tử, chúng không thể bị nén xa hơn. Ngôi sao dày hơn một triệu lần so với nước.

Không có phản ứng nhiệt hạch xảy ra bên trong một sao lùn trắng, nhưng nó vẫn nóng nhờ diện tích bề mặt nhỏ của nó, điều này hạn chế lượng năng lượng mà nó tỏa ra. Cuối cùng nó sẽ hạ nhiệt để trở thành một cục đen, trơ carbon và các electron thoái hóa, nhưng điều này sẽ mất từ ​​10 đến 100 tỷ năm. Vũ trụ không đủ tuổi để điều này xảy ra.

Ảnh hưởng lớn đến vòng đời

Một ngôi sao có kích thước của mặt trời sẽ trở thành sao lùn trắng khi nó tiêu thụ nhiên liệu hydro, nhưng một ngôi sao có khối lượng trong lõi gấp 1,4 lần mặt trời trải qua một số phận khác nhau.

Các ngôi sao có khối lượng này, được gọi là giới hạn Chandrasekhar, tiếp tục sụp đổ, bởi vì lực hấp dẫn là đủ để vượt qua sự kháng cự bên ngoài của sự thoái hóa điện tử. Thay vì trở thành sao lùn trắng, chúng trở thành sao neutron.

Vì giới hạn khối lượng Chandrasekhar áp dụng cho lõi sau khi ngôi sao tỏa ra phần lớn khối lượng của nó và vì khối lượng bị mất là đáng kể, nên ngôi sao phải có khối lượng gấp 8 lần mặt trời trước khi nó đi vào pha khổng lồ đỏ để trở thành ngôi sao neutron.

Sao lùn đỏ là những ngôi sao có khối lượng từ một nửa đến ba phần tư khối lượng mặt trời. Chúng là những ngôi sao tuyệt nhất trong tất cả các ngôi sao và không tích lũy nhiều helium trong lõi của chúng. Do đó, chúng không mở rộng để trở thành người khổng lồ đỏ khi chúng cạn kiệt nhiên liệu hạt nhân. Thay vào đó, chúng ký hợp đồng trực tiếp với các sao lùn trắng mà không sản xuất một tinh vân hành tinh. Tuy nhiên, vì những ngôi sao này cháy rất chậm, nên sẽ còn rất lâu - có lẽ lên tới 100 tỷ năm - trước khi một trong số chúng trải qua quá trình này.

Những ngôi sao có khối lượng nhỏ hơn 0,5 khối lượng mặt trời được gọi là sao lùn nâu. Chúng không có ngôi sao thực sự, bởi vì khi chúng hình thành, chúng không có đủ khối lượng để bắt đầu phản ứng tổng hợp hydro. Các lực nén của trọng lực tạo ra đủ năng lượng cho các ngôi sao như vậy tỏa ra, nhưng nó có ánh sáng hầu như không nhận thấy được ở đầu cực xa của quang phổ.

Bởi vì không có mức tiêu thụ nhiên liệu, không có gì để ngăn chặn một ngôi sao như vậy ở lại chính xác như nó tồn tại chừng nào vũ trụ tồn tại. Có thể có một hoặc nhiều người trong số họ ở ngay gần hệ mặt trời, và vì họ tỏa sáng quá mờ, nên không bao giờ biết họ ở đó.