Csillagok élete és halála

„Valaha réges-régen egy messzi-messzi galaxisban.”

George Lucas: Csillagok háborúja

Mint minden tisztességes mese, ez is így kezdődik. Valaha volt egy Ősrobbanás (Big Bang), melyben minden anyag keletkezett. Ekkor jöttek létre a protogalaxisok, melyek akkoriban még csak kicsi anyagcsomók voltak – döntő részben hidrogénből és némi kis héliumból álltak. Ezek álltak össze szép lassan – alig pár milliárd év alatt – galaxisokká és itt egy pillanatra álljunk meg!

A protogalaxisok kezdetben hidrogén-hélium-elegyből álltak, mivel egyszerűen még nem keletkezett nagyobb rendszámú (értsd: bonyolultabb) anyag.

Csillag

 

Képen: az Univerzum keletkezése
Kép eredetije: http://oz.plymouth.edu/~sci_ed/Turski/Courses/Earth_Science/Intro.html

Ezek a protogalaxisok gigantikus mennyiségű – teljesen szabadon áramló - gázt tartalmaztak, melyekben ideiglenes anyagsűrűsödések jöttek létre. Ezek egészen kicsik voltak, alig pár millió molekulányi kis sűrűsödések voltak. Ezzel már lényegében beindult a gravitációs erő fokozatosan erősödő vonzereje. Félreértés ne essék: mindig is volt gravitációs erő, de amint létrejöttek ezek a kis anyagsűrűsödések, onnantól lényeges mértékű (gravitációs) vonzerő lépett fel.

Sombrero galaxis

Képen: M104 „Sombrero” protogalaxis
Kép eredetije: http://imgsrc.hubblesite.org/hu/db/2003/28/images/a/formats/print.jpg

Ezek az ideiglenes kis csomósodások (globulák) szép lassan erősödtek és anyaggal megteltek. Sok ilyen kis anyagcsomósodás jött létre akár egy időben is, ráadásul nem mindegyik maradt meg, de amelyek megmaradtak, azok egyre jobban híztak. Sok ilyen anyagcsomó a gravitáció jóvoltából elkezdett egymás körül keringeni. Ebben semmi különös nincsen, mivel az univerzum ilyen korai időszakában még össze-vissza örvénylett minden.

Csillagok keletkezése

Képen: egy protocsillag formálódása
Kép eredetije: http://jupiter.plymouth.edu/~sci_ed/Turski/Courses/Earth_Science/Intro.html

A gravitáció nagy úr! Mindent irányít és átrendezi az anyagokat. Itt és ekkor is ez történt, mivel a gravitáció egyre jobban megerősítette a kezdeti kis csomókat és létrejöttek a kezdeti csillagrendszer-kezdemények. Ezek már határozott, de hatalmas kiterjedésű gázhalmazok voltak. Az Univerzum kezdeti állapotában a csillagrendszer-kezdemények még sokkal nagyobb kiterjedésűek voltak, mint mostanában egy-egy naprendszer, mivel még nem alakultak ki a csillagok, mint gravitációs központok. Az Univerzum mai állapotában az egyes naprendszerek közötti tér szinte teljesen üres, de akkoriban ez még nem volt így, mivel a csillagközi térben bőven volt még gáz. Tény, hogy ennek a kezdeti csillagközi gáznak nagy részét felszívták a későbbiekben formálódó csillagok, de a maradék mind a mai napig megmaradt a csillagközi térben eredeti állapotában.

Amint elkezdtek kialakulni az egyes naprendszerek, úgy az anyagsűrűsödés egyre jobban folytatódott. Legelőször kialakultak az úgynevezett protocsillagok. Ezen objektumok már elegendően nagy anyagmennyiséggel (tömeggel) rendelkeztek, hogy ne tudjon belőlük elszökni anyag, viszont még nem volt annyira tömör belsejük, hogy elkezdődhessen a nukleáris fúzió, azaz a csillag még nem fényesedett fel.

Csillag születik

Képen: protocsillag és bolygókezdemények formálódnak
Kép eredetije: http://www.cosmographica.com/

Sok gázcsomó alakult át szépen fokozatosan protocsillaggá, ám nem csak csillagok jöttek létre, hanem viszonylag kisebb tömegű csomók is összeálltak. Ezek a kezdeti protobolygók nem rendelkeztek akkor tömeggel, hogy valaha is beindulhasson a nukleáris fúzió; viszont a kezdeti gázelegy elegendő nagy tömegben sűrűsödött össze ahhoz, hogy összeálljon egy-egy gázóriássá, amely a formálódó csillag körül kering. A mi mai Naprendszerünkön belüli gázóriások (Jupiter, Szaturnusz, Uránusz, Neptunusz) még ekkor nem jött létre, mivel ekkor még csak a kezdeti csillagrendszerek alakultak ki. Sehol sem volt sem a mi Napunk, sem a mi Naprendszerünk!

Naprendszer születik

Képen: a formálódó Naprendszer
Kép eredetije: http://
www.our-earth.net/images/Early-Solar-System.jpg

A gravitáció segítségével a hidrogén-hélium-elegy egyre jobban sűrűsödött és lassan létrejöttek a fúzióhoz szükséges két feltétel: (nagy vonalakban)

  • minimum 10 millió K-es hőmérséklet,

  • 100 atm. nyomás,

  • elegendő anyagmennyiség.

Beindult a fúzió, melyben (nagy vonalakban) 4 darab hidrogénatomból lesz egy hélium, két pozitron és egy nagy adag energia.

Fúziós egyenletek

A korai Univerzum esetén a mi galaxisunkban is több millió csillag gyulladt ki változatos időpontokban. Ezek a kezdeti napok nem voltak változatosan, mivel túl korai keletkezésük miatt csak hidrogén-hélium-elegyből álltak és néha volt pár gázból álló bolygójuk.

Kicsit ugorjunk előre! A második generációs csillagoknál, mint például a mi Napunk is, már sokfajta anyag van jelen. Ezen újabb típusú napoknál már nagy mennyiségű nem-gáz anyag is rendelkezésre áll, így bőven keletkezhetnek kőbolygók, melyeket a gravitáció és a világűr hidege gyorsan megszilárdított és a kezdeti vulkanikus tevékenység rövid idő alatt közel gömb alakúvá formált.

Csillag kialakulása

Képen: a Naprendszer kialakulásának fázisai
Kép eredetije: http://astro.elte.hu/icsip/csill_elete/csillagtipusok/fejlodes.html

Az immár ragyogó csillagok lassan égetik el hidrogénből álló üzemanyagukat. A csillagok a Föld felszínéről látható fehérrel ellentétben sok színben ragyognak. Sok-sok sárga csillag van, mint például a mi Napunk.

A Napnál 10-szer nehezebb csillagok esetén ez a szín lehet kék is. A Napnál kisebb csillagok esetén lehet vörös szín is. Mivel a csillagok nagy része nem egyedüli, mint a mi Napunk, hanem kettős vagy többes, ezért gyakori, hogy egy csillagrendszeren belül akár két különböző színű csillag is lehet. Egy filmtörténeti képet szeretnék itt előhívni, mégpedig az eredeti 1977-es Csillagok háborújából. A sivatagos Tatuin bolygónak kettős naprendszere volt!

Star Wars - Tatuin kettős napjai

Képen: Napfelkelte a Tatuin bolygón – részlet a Csillagok háborúja c. filmből
Kép eredetije: http://tokyotatooine.com/tatooine.jpg

Az első generációs csillagok kialakulása után az Univerzumban egy viszonylagos egyensúly alakult ki, mivel ezen korai csillagok elég gyorsan „égették” üzemanyagukat, míg a már meglévő gázbolygókon lényegében semmi nem történt. Kicsit érdekesebb, ami a második generációs csillagok körül alakult, ugyanis itt már a csillagmáglya kialakulásának korai időszakában is nagy mennyiségű por és egyéb anyag volt jelen, így a korai formálódó protocsillag kilökte magából a hidrogénnél és héliumnál nehezebb anyagok többségét. A formálódás késői korszakában ennek ellenére volt olyan héliumnál nehezebb anyag, ami bent maradt a csillagok anyagában. (Ezt a csillagok színképével sikerül kimutatni!)

Érdemes módon a mi Naprendszerünkben a Nap formálódásakor a nehezebb sűrűségű anyagok alkották meg a négy belső kőbolygót, míg a külső gázóriások anyagának többségét hidrogén és hélium alkotja. Viszont a Naprendszerben minden gázbolygónak tucatnyi kisebb-nagyobb holdja van, melyeket túlnyomórészt vízjég és kő alkot. Mivel 1995 óta számos Naprendszeren kívüli bolygót is sikerült felfedezni a viszonylag közeli (20-10 ezer fényév) csillagrendszerekben, ezért bátran kijelenthetjük, hogy csillagászati környezetünkben számos csillagnak vannak bolygó-kísérői. Ezek között egyaránt található Földnél alig nagyobb „SzuperFöld” is, valamint Jupitert többszörösen meghaladó gigász. Érdekes módon van olyan is, amely rendkívül közel kering a napjához, de van olyan is, amelyik elég messze ...

16 Cygnus B

Képen: 16 Cygnus B csillag és a körülötte keringő gázóriás (számítógépes rajz)
Kép eredetije: http://channel.nationalgeographic.com/episode/alien-earths-3637/Overview03#tab-Photos/1

16 Cygnus B

Képen: A 16 Cygnus B körül keringő gázóriás Föld-szerű holdja (számítógépes rajz)
Kép eredetije: http://channel.nationalgeographic.com/episode/alien-earths-3637/Overview03#tab-Photos/15

Némi kiegészítés: a Földhöz csillagászati értelemben egész közel, mindössze 40 fényévnyire talált a Spitzer űrtávcső egy 7 Föld-méretű bolygóval rendelkező (törpe)csillagot, a Trappist-1 nevűt, ráadásul a bolygók közül három is a lakhatósági zónán belül kering, tehát elképzelhető a felszínén folyékony állapotú víz.

Trappist-1

Kép forrása: http://hvg.hu/tudomany/20170222_nasa_trappist1_exobolygok_lakhatosagi_zona

Trappist-1

Kép forrása: http://hvg.hu/tudomany/20170222_nasa_trappist1_exobolygok_lakhatosagi_zona

Persze ezzel még koránt sincs vége a Föld-típusú bolygók kutatásának, mivel az újonnan felbocsájtott űrtávcsövek várhatólag még igen sok jelöltet fognak azonosítani. 2017. febr. 22-i adat szerint az exobolygók száma 3583 volt..