300 likes | 685 Vues
Hviezdy: Vznik, život a zánik. Matej Hrabuša Fyzikálny seminár 14.10.2010. Obsah. Vznik hviezd: globula a protohviezda Fyzika hviezdneho vnútra: termojadrová fúzia Zánik hviezd: červený obor, supernova Osudy jadier rôzne hmotných hviezd: biely trpaslík, neutrónová hviezda, čierna diera.
E N D
Hviezdy: Vznik, život a zánik Matej Hrabuša Fyzikálny seminár 14.10.2010
Obsah • Vznik hviezd: globula a protohviezda • Fyzika hviezdneho vnútra: termojadrová fúzia • Zánik hviezd: červený obor, supernova • Osudy jadier rôzne hmotných hviezd: biely trpaslík, neutrónová hviezda, čierna diera
Vznik hviezd • Hviezdy sa nám javia ako stálice. Ak by sme však začali vnímať čas v merítku života hviezd, zistili by sme ich životný cyklus je dynamický a často až neuveriteľne dramatický proces. • Vznikajú z mračien prachu a plynu, ktoré sú ale také riedke, že skôr pripomínajú vákuum, aké sme schopní vytvoriť na Zemi.
Globula a Protohviezda • Globula je malá, tmavá, približne guľatá hmlovina. Vďaka gravitačnej kontrakcii sa globula zmršťuje a zahrieva. • Protohviezda alebo prahviezda je obdobie vývoja hviezdy po tom, ako oblaky vodíka a hélia začali kontrakciu a predtým, ako hviezda dosiahla hlavnú postupnosť.
Slnko • Naša najbližšia hviezda, svetlo z neho letí na Zem približne 8 minút a 20 sekúnd. • Výkon Slnka: Každú sekundu sa premení 592 miliónov ton vodíka na 587,9 milióna ton hélia. Zvyšných 4,1 milióna ton sa premení na energiu - stály svietivý výkon Slnka je 383 miliárd miliárd megawattov energie!
Fyzika hviezdneho vnútra • Proces jadrovej fúzie, ktorou Slnko uvoľňuje svoju energiu je séria 3 zrážok medzi atómovými časticami. Nazýva sa protón-protónový cyklus, pri ktorom sa spájajú 4 vodíkové jadrá (protóny) do jedného héliového jadra a uvolňuje sa energia. • V jadre prebieha aj ďalší reťazec jadrových reakcií, nazývaný CNO cyklus podľa značiek prvkov uhlíka, dusíka a kyslíka, ktoré pri ňom vznikajú. Neskôr, keď sa vyčerpá značná časť vodíka v jadre hviezdy, začne sa hviezda vlastnou gravitáciou stláčať a teplota v jadre vzrastie natoľko, že začne ďalší cyklus. Pri Salpeterovej reakcií sa zlučujú 3 jadrá hélia a vzniká uhlík. Popri tom sa udržuje vodíkový cyklus, ibaže sa presúva do vyšších vrstiev hviezdy, ešte bohatých na vodík.
Zánik hviezd • Hviezda vstupuje do fázy svojho zániku, keď skončia jadrové reakcie v jej vnútri. Tým sa hviezda stane nestabilnou. • Hviezda o relatívne malej hmotnosti v priebehu miliárd rokov spáli jadrové palivo a stane sa z nej červený obor. Ten sa potom rozloží a vytvorí planetárnu hmlovinu (oblak prachu a plynu) obklopujúcu bieleho trpaslíka. • Hviezda o veľkej hmotnosti spáli svoje jadrové palivo rýchlejšie (niekoľko miliónov rokov) a stane sa z nej veleobor (gigant). Ten potom vybuchne obrovskou explóziou zvanou supernova. Zvyšné jadro vytvorí neutrónovú hviezdu, alebo čiernu dieru.
Červený obor • Červený obor je veľká hviezda mimo hlavnej postupnosti typu K alebo M, červenej farby. Patrí sem napríklad Aldebaran a Arktúr. Je to jedno zo záverečných štádií vývoja hviezd do 1,4 hmotnosti Slnka.
Supernova • Termín supernova sa vzťahuje na niekoľko typov hviezdnych explózií, ktorými vznikajú extrémne jasné objekty zložené z plazmy, ktorých jasnosť potom v priebehu týždňov či mesiacov opäť o mnoho radov klesá. • K tomuto koncu vedú dve možné cesty: alebo ide o masívnu hviezdu, ktorá vo svojom jadre vyčerpala zásoby paliva pre fúziu a začala sa zmršťovať pod silou svojej vlastnej gravitácie, alebo o bieleho trpaslíka, ktorý nahromadil materiál od svojho hviezdneho sprievodcu, dosiahol Chandrasekharovu medzu a prešiel termonukleárnou explóziou. V oboch prípadoch výsledná explózia supernovy rozmetá obrovskou silou väčšinu alebo všetku hmotu hviezdy.
Super Supernova • Pri extrémne hmotných hviezdach (dosahujúcich hmotnosti 150 násobku Slnka) nedochádza pri explózii supernovy k následnému vzniku čiernej diery, ale k tzv. Super Supernove. • Superhmotné hviezdy produkujú také veľké množstvo gama žiarenia, že na konci ich života sa časť tohto žiarenia premení na hmotu a antihmotu, väčšinou na elektróny a pozitróny. Gama žiarenie svojou energiou "chráni" vonkajšie vrstvy hviezdy pred kolapsom (zrútením). Pri vzniku hmoty a antihmoty táto ochrana zmizne, vonkajšie vrstvy hviezdy padajú dovnútra, začína sa termonukleárna explózia, ktorá hviezdu zničí.
Biely trpaslík • Červený obor stráca pri zániku až 90% svojej hmoty, ktorá potom okolo kolabujúceho jadra vytvára planetárnu hmlovinu. • Pri zmršťovaní je hmota jadra stlačovaná omnoho viac ako by to bolo možné na Zemi. V určitom okamihu však už jadro ďalšiemu stlačovaniu odoláva a stáva sa bielym trpaslíkom o hmotnosti neprekračujúcej 1,4 násobok hmotnosti Slnka a veľkosti podobnej Zemi. • Ich hustota je tak veľká, že čajová lyžička ich hmoty by na Zemi vážila 1,4tony. • Chandrasekharova medza je maximálna hmotnosť bieleho trpaslíka pri ktorej ešte zostáva stabilný. Je rovná 2,9 × 1030 kg, teda 1,44 hmotnosti Slnka.
Neutrónová hviezda • Keď niektorá hmotná hviezda exploduje ako supernova, jej jadro môže prežiť. Pokiaľ má jadro hmotnosť medzi 1,4 a 3 násobku hmotnosti Slnka, gravitácia ho zmrští tak, že sú jeho protóny a elektróny vtlačené do seba a vzniknú tak neutróny. • Pri priemere hviezdy asi 10km, sa proces jej zmršťovania zastaví. Niektoré neutrónové hviezdy sú zo Zeme pozorované ako pulzary, ktoré vyžarujú dve zväzky žiarenia.
Pulzar • Pulzar je rotujúce neutrónová hviezda, vysielajúca rádiové vlny v podobe pulzov. Pomerne tenké lúče žiarenia vychádzajú z blízkosti oboch pólov a pri rotácii vytvárajú efekt blikajúceho majáku.
Kvarková hviezda • Kvarková hviezda (Podivná hviezda) je hypotetický typ hviezdy zloženej z kvarkov známych pod označením podivné. • Hmotnosť a hustota kvarkovej hviezdy je niekde medzi neutrónovou hviezdou a čiernou dierou. • Kvarková hviezda môže vzniknúť z neutrónovej pomocou kvarkového oslobodenia. Tento proces môže spôsobiť kvarknovua uvoľniť nesmierne množstvo energie. Je možné že tzv. záblesky gama žiarenia sú v skutočnosti explózie kvarknov. • Ak je kvarkovej hviezde dodané dostatočné množstvo hmoty, zmení sa na čiernu dieru.
Čierna diera • Keď hviezda exploduje ako supernova, môže zanechať hrútiace sa jadro. V jadre, ktorého hmotnosť prevyšuje trojnásobok hmotnosti Slnka, gravitácia úplne prekonáva rozpínavosť stlačenej hmoty jadra. • Gravitačný kolaps je proces, pri ktorom sa teleso pôsobením gravitačnej sily nekontrolovane zrúti samo do seba, do singularity. • Gravitačná singularita sa vyskytuje, keď astrofyzický model, spravidla založený na všeobecnej teórii relativity, predpokladá bod nekonečnej zakrivenosti časopriestoru.
Zdroje • http://astroportal.sk/ • http://www.boinc.sk/ • http://www.ovesmire.webzdarma.cz/ • http://www.quark.sk/ • http://hockicko.uniza.sk/ • http://www.wikipedia.org/ • http://www.aldebaran.cz/astrofyzika/