Jak žijí a umírají hvězdy a jak můžeme na Zemi přijít o noc

Odpovědi na proč a jak funguje vesmír. Psáno pro Tima, mého syna, ale určitě si to rádi přečtou i jiní.

Drahý Time,

v jednom z předchozích článků jsem si povídali o tom, jak vznikla naše Sluneční soustava. Dneska se podíváme, co nejenom naše Slunce, ale i další hvězdy čeká v budoucnosti.

Na hmotnosti záleží

Je to tak. Na začátku, ve hvězdné porodnici, kde vzniká většina hvězd dost záleží na tom, kolik hmoty si ta která hvězda urve. Ukazuje se, že hranice mezi opravdovou hvězdou a pouhým subhvězdným objektem je 0,08 hmotnosti Slunce. Pokud protohvězda nepřesáhne tuto váhu, stane se z ní hnědý trpaslík, hodně velká planeta nebo hodně malá hvězda. To proto, že po počáteční fázi se mu nepovedlo nahodit termojadernou fúzi vodíku. Nejdříve zářil díky gravitaci, kdy měnil energii pohybu protoplanetárního disku na teplo, potom krátce díky fúzi deuteria nebo tritia, ale to mu dlouho nevydrželo. Podobných nedopečených hvězd může být jenom v naší galaxii přes sto miliard. Jak se narodili, tak dožijí, chladní a osamocení, nedopečené hvězdy.

Pokud si hvězda z mračna prachu a plynu ukousne více jak 0.08 a méně jak zhruba 0.3 hmotnosti Slunce vznikne z ní červený trpaslík. Takových hvězd je nejvíce v naší Mléčné dráze, odhady mluví až o sto šedesáti miliardách se skoro sto miliardami planet. Takový trpaslík má dost hmotnosti na to, aby zažehl fúzi vodíku na hélium, ale vodík spaluje jenom velmi, velmi pomalu. Odhaduje se, že mu palivo vydrží na vyšší desítky miliard let. Co s ním bude potom se vědci jenom dohadují, podle jejich předpovědi by se měl po spálení všeho vodíku stát modrým trpaslíkem. Důležité je, že náš nejbližší hvězdný soused Proxima Centauri je právě takovým trpaslíkem a našli jsme u ní planety. Obecně se červení trpaslíci jenom velmi těžko hledají, protože jejich zářivý výkon je deset tisíckrát menši než je tomu u našeho Slunce.

Hertzsprungův–Russellův diagram aneb hvězdný zvěřinec

Jak to bývá u vědců obvyklé, mají tendenci věci zařazovat do různých škatulek na základě vnitřní nebo vnější podobnosti. Tomu pochopitelně nemohly hvězdy uniknou a výsledkem je Hertzsprungův–Russellův diagram.

Hertzsprungův–Russellův diagram (Autor: Adam na projektu Wikipedie v jazyce čeština – Na Commons přeneseno z cs.wikipedia., Volné dílo, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2157609)

Na obrázku je na vodorovné ose je písmenem označena spektrální třída hvězdy a čísla udávají její povrchovou teplotu, aby sis to dokázal lépe představit, je to podbarvené. Na svislé ose potom zářivý výkon.

Jak můžeš sám vidět, všechny námi pozorované hvězdy se shlukují do různých houfů. Jsou čtyři hlavní skupiny - bílí trpaslíci, ke kterým se ještě vrátím, jsou to hvězdy v důchodu. Potom jsou to hvězdy hlavní posloupnosti a zbylé dvě skupiny tvoří obři a veleobři.

Důležité je, že hvězda nezůstává po celý svůj život věrna pouze jedné ze skupin. Červení trpaslíci, když úplně definitivně vyhoří a odeberou se do důchodu, tak se stanou právě bílými trpaslíky. Pojďme se teď podívat na hvězdy podobné našemu slunci, označované jako spektrální třída G. Než se zapálí termonukleární fúze vodíku, hvězda má nižší teplotu, ale vyšší svítivost. Teprve po několika stovkách miliónech let se vnitřní poměry vyrovnají a gravitace se dostane do rovnováhy s tlakem fotonů a hvězda se překulí do dospělosti. Zařadí se mezi stálice hlavní posloupnosti a tam zůstane miliardy let. To je i příběh našeho Slunce, které je teď ve zralém středním věku a podle odhadu astronomů má před sebou dalších zhruba pět miliard let života.

Když Slunci dojde vodík, poklesne tlak fotonů a Slunce se gravitačně zhroutí samo do sebe. Díky tomu se v jeho jádře nastartuje fúze hélia, díky které se hvězda velmi nafoukne do podoby rudého obra a opustí tak hlavní posloupnost a přesune se právě do skupiny obrů. Bude tak veliké, že jeho korona bude lízat oběžnou dráhu Země a pohltí Merkur a pravděpodobně i Venuši. Říkám pravděpodobně, protože sluneční vítr ohromně zesílí a odvane velkou část sluneční hmoty do vesmíru. Jeho jádro přitom zhoustne a zmenší. Tak bude Slunce ucházet asi pět miliard let, než přijde o většinu své hmoty a zůstane z něj velmi žhavé jádro o velikosti planety Země - bílý trpaslík.

Obři a veleobři

Tyto hvězdy jsou opravdoví otesánci, kteří se nenasytně cpou a tloustnou a tloustnou. Bavíme se teď o objektech do osmi násobku hmotnosti Slunce. Jejich život je podstatně kratší, v hlavní posloupnosti stráví zhruba sto padesát miliónu let a potom se i oni nafouknou. Začnou spalovat hélium, potom i uhlík, takže se stanou obrem a postupně veleobrem. Pak ale palivo dojde, Ohromná nafouknutá hvězda se najednou gravitačně smrští. Její vnější obálka narazí na malé a pevné jádro a odrazí se zpět. To celé trvá jenom pár desítek minut a na nebi se rozsvítí ohromná supernova, její svit vidíme přes celý vesmír. Poté co vyhasne, rozšiřuje se kolem ní mlhovina, ze které postupem času může vzniknout další generace hvězd. Zbytek, hvězdné jádro, má hmotnost asi jeden a půlkrát větší než S Slunce a veliké je jenom několik kilometrů. Gravitace je tak strašlivá, že „zatlačí“ elektrony do protonů a vznikne neutronová hvězda.

Ty ještě více nenažrané hvězdy mají podobný osud, jenom o hodně kratší život. Potom, co vybuchnou jako supernovy je gravitace zhroutí do útvaru, kterému se říká černá díra. Její přitažlivost je totiž tak velká, že z ní neunikne ani světlo. Ostatně, černé díry by si zasloužili svůj vlastní článek, co myslíš?

Proč na Zemi přijdeme o noc

Opět je to podobné, jako se sluneční erupcí, také víme, že nás to jednou zasáhne, ale nevíme kdy. A tady se ta příčina jmenuje Betelgeuze, červený veleobr v souhvězdí Orionu. Pozorování jasně ukazují, že mele z posledního. Jeho svítivost velmi kolísá a vědci se shodují, že exploze supernovy má doslova na kahánku. Ale ve hvězdném pojetí, takže to může být dnes, nebo taky za sto let. Hvězda je od nás vzdálena nějakých šest set světelných let, takže kdyby bouchla někdy v době, kdy Kolumbus objevil Ameriku, dorazilo byt to k nám zhruba v těchto letech. Její jasnost bude větší, než Měsíc v úplňku, možná i o hodně více, takže najednou budeme mít na obloze Slunce ve dne a Betelgeuze v noci, která nebude. Tak uvidíme, jestli se toho já, nebo spíše ty dožiješ, v té době se bude sice špatně spát, ale zase se hodně ušetří za osvětlení. Jo a možná z toho příroda zmagoří, no budou to určitě zajímavé časy.