TA GWIAZDA OSIĄGNĘŁA KRES SWOJEGO ŻYCIA

Send

Około 10 000 lat świetlnych stąd, w gwiazdozbiorze Centaura, znajduje się mgławica planetarna zwana NGC 5307. Mgławica planetarna jest pozostałością gwiazdy takiej jak nasze Słońce, kiedy osiągnęła coś, co można określić jako koniec jej życia. To zdjęcie NGC 5307 Hubble'a nie tylko sprawia, że zastanawiasz się nad przeszłością gwiazdy, ale także zastanawiasz się nad przyszłością naszego własnego Słońca.

Proces starzenia się gwiazdy i zbliżania się do końca jej życia jest długą, powolną historią, przerywaną epizodami szybkich zmian. Podobnie jak NGC 5307, nasze Słońce ostatecznie stanie się czerwonym olbrzymem, zrzucając swoje zewnętrzne warstwy gazu. Kilka miliardów lat w przyszłości sam stanie się białym karłem, oświetlając warstwy gazu, które zrzuciła jako mgławica planetarna.

W tej chwili nasze Słońce znajduje się w głównej sekwencji. Łączy wodór z helem w jego rdzeniu. W wyniku tego połączenia uwalnia się ogromna ilość energii, ogrzewając Ziemię i utrzymując życie tutaj. (Właściwie to nie sama fuzja wytwarza większość ciepła; to łańcuch proton-proton.)

Ale gwiazda jest równowaŜnym działaniem pomiędzy zewnętrznym naciskiem fuzji a wewnętrznym naciskiem własnej grawitacji. Ta równowaga nazywa się równowagą hydrostatyczną i nie może trwać wiecznie.

Z roku na rok, stulecie po stuleciu, eon po eonie, Słońce przetapia wodór w hel, uwalniając ciepło i tracąc masę. Chociaż gwiazda taka jak nasze Słońce może wydawać się stabilna i niezmienna, nic w naturze nie jest niezmienne. Słońce topi około 600 milionów ton wodoru w hel co sekundę, tracąc przy tym masę. Traci masę, zamieniając materię w energię, jak wyjaśnia Einstein E = mc².

To znaczna ilość. W rzeczywistości w ciągu około 4,5 miliarda lat życia Słońce straciło masę podobną do masy Jowisza.

Ostatecznie akt równoważenia zostanie na zawsze zmieniony, ponieważ Słońce straci wystarczającą masę, aby wewnętrzna siła jego grawitacji nie była wystarczająca, aby utrzymać zewnętrzną siłę jego stapiania. Gwiazda rozwinie się w czerwonego giganta.

Astronomowie obliczają, że kiedy nasze Słońce stanie się czerwonym gigantem, za około 5 miliardów lat rozszerzy się na tyle, aby pochłonąć Merkurego, Wenus i prawdopodobnie Ziemię. Prowadząc do tego, Słońce stanie się mniej więcej dwukrotnie jaśniejsze niż obecnie. W tym momencie Ziemia otrzyma około tyle energii od Słońca, co teraz Wenus. Nie jest to dobra prognoza na całe życie.

Po fazie czerwonych olbrzymów Słońce stanie się sub-gigantem. W ciągu pół miliarda lat podwoi się. Potem przychodzi kolejna faza pół miliarda lat, w której znów podwaja się i staje się nawet dwa tysiące razy jaśniejsza. W tym momencie Słońce jest teraz ogromnym, jasnym, groźnym przedmiotem, który zmienił kolor na czerwony i pochłonął wewnętrzne planety Układu Słonecznego.

W tym momencie Słońce będzie na gałęzi czerwonego olbrzyma. Będzie miał rdzeń helu otoczony warstwą wodoru. Po miliardach lat aktywnego życia w Słońcu pozostanie tylko około 100 milionów lat aktywnego życia. Ale w tym 100 milionach lat jest dużo aktywności.

Najpierw jest błysk helowy, w którym Słońce spali 40% swojej masy. Dokonuje tego, przekształcając około 6% helu w rdzeniu w węgiel. To zajmie tylko kilka minut, szokujące zestawienie z miliardami lat życia Słońca.

Po utracie całej masy zmniejszy się do około 10-krotności swojego obecnego rozmiaru i około 50-krotności swojej jasności. W tym momencie Słońce znajduje się na poziomej gałęzi i będzie nadal palić hel w swoim rdzeniu przez następne sto milionów lat, stając się nieco większy i jaśniejszy.

Ale teraz w Słońcu zaczyna brakować paliwa. Hel w jego rdzeniu ulega dalszemu wyczerpaniu i traci coraz więcej masy. Nic nie może temu zapobiec, a Słońce ponownie się rozszerzy, tak jak to miało miejsce, gdy po raz pierwszy weszło w fazę czerwonego giganta. Ale to rozszerzenie będzie znacznie szybsze.

Rzeczy przyspieszają dla Słońca i staje się ono coraz bardziej niestabilne. Nasze niegdyś nieprzejednane Słońce wkracza w ostatnie etapy. Znajduje się teraz w asymptotycznej fazie gigantycznej gałęzi i na początku tej fazy spędzi około 20 milionów lat. Ma głównie obojętny rdzeń tlenu i węgla, skorupę, w której hel topi się w więcej węgla, oraz kolejną powłokę, w której wodór topi się w hel. Dużo się dzieje.

Konwulsuje w serii impulsów termicznych i utraty masy. Każdy z tych pulsów trwa tylko około stu lat i w każdym z nich Słońce rozszerzy się i stanie się jaśniejsze. Każdy puls będzie silniejszy niż poprzedni, a ten okres trwa około 100 000 lat. Obliczenia pokazują, że nasze Słońce prawdopodobnie doświadczy czterech z tych pulsów pod koniec swojego życia.

Po zniszczeniu przez te impulsy Słońce uspokoi się. Słońce, bez względu na intencje i cele, jest martwe. A przynajmniej w śpiączce. Pulsy zrzuciły swoje zewnętrzne warstwy, a teraz jest to biały karzeł. Ten biały karzeł będzie zawierał tylko około 50% oryginalnej masy Słońca.

Słońce nie żyje, ponieważ nie ma już fuzji. Jako biały karzeł emituje tylko zmagazynowaną energię. Składa się z gęsto upakowanej materii zdegenerowanej elektronowo i nie może nastąpić fuzja.

Ale nadal świeci, a energia, którą emituje, uderza w warstwy gazu, które wyrzuca podczas impulsów termicznych, jonizując gaz i zapalając go. Nasze Słońce stanie się wówczas mgławicą planetarną. To sprowadza nas z powrotem do NGC 5307.

NGC 5307 to rzut oka na koniec życia Słońca. Podobnie jak NGC 5307, nasze Słońce kiedyś, za miliardy lat, będzie jedynie pozostałością po dawnej świetności jako życiodajna kula plazmy. Pomimo nazwy mgławicy planetarnej w pobliżu nie będzie żadnych planet. Zniszczy je podczas swoich ekspansji. Będzie tylko gaz.

Ale nawet gaz w końcu zniknie. Odsunie się od gwiazdy i będzie cool. Po około 10 000 lat jako mgławica planetarna poprzednie Słońce będzie trwać jako słaby biały karzeł przez tryliony lat. Następnie, zgodnie z teorią, Słońce stanie się czarnym karłem. Całkowicie ostygnie i nie będzie emitować energii. Jest to teoretyczne, ponieważ nie zaobserwowano żadnych czarnych karłów. W rzeczywistości gwiazda potrzebuje więcej czasu, aby ewoluować do tego hipotetycznego stanu czarnego karła niż dotychczasowy wiek Wszechświata.

Wydalony gaz z mgławicy planetarnej nadal ma do odegrania pewną rolę. W chaosie ostatnich etapów ewolucji Słońca wytworzył pierwiastki cięższe od wodoru i helu w wyniku gwiezdnej nukleosyntezy. Elementy te, zwane w astronomii metalami, zostaną wysłane w kosmos i wykorzystane w innym procesie formowania gwiazd. Wzbogacą następną gwiazdę, która się narodzi, i kolejne planety, które mogą powstać wokół tej przyszłej gwiazdy.

Nazwa mgławica planetarna jest mylącą nazwą z wcześniejszych dni w astronomii. Nie są w żaden sposób powiązane z planetami. Ale niektórzy z pierwszych obserwatorów tych gwiezdnych pozostałości, z dostępnymi wówczas teleskopami, zobaczyli zaokrąglone kształty i przyjęli, że są planetami.

Teraz wiemy, że to nieprawda. Teraz rozpoznajemy ich takimi, jakimi są. Każda z tych mgławic jest jak migawka podsumowująca miliardy lat potrzebnych do osiągnięcia tego stanu. I chociaż ludzkie oczy nigdy go nie zaobserwują (prawdopodobnie), taki jest ostateczny los naszego Słońca.

Uwaga dla czytelników:

Istnieje ogromna ilość szczegółów w życiu i ostatecznej śmierci gwiazdy. Kiedy mówimy, że „stopienie wodoru z helem uwalnia ciepło”, jest o wiele więcej i więcej niż może zmieścić się w jednym artykule.

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o gwiazdach, polecam „Życie i śmierć gwiazd” (2013) Kennetha R. Langa. Lang jest profesorem astronomii na Uniwersytecie Tufts i doskonale wykonuje wyjaśnienia wszystkich gwiazd.