2008-04-22

Nasterea si evolutia stelelor

Nebuloasa Crab Foto:. Nebuloasa Crab. In centrul ei se afla o stea neutronica.
Sursa:Wikipedia

Stelele ne par eterne, insa nu sunt. Sa facem impreuna o calatorie in interiorul stelelor si sa urmarim evolutia lor de-a lungul a miliarde de ani.



Categorie: Astronomie
Postată de: Marius Dan

Stelele ne par eterne, insa nu sunt. Se nasc si mor, iar acest ciclu dainuie de aproximativ treisprezece miliarde de ani. Simularile numerice ale Universului timpuriu au oferit primele indicii asupra perioadei aparitiei primelor stele, iar valorile obtinute sunt de 100-250 de milioane de ani de la Marea Explozie. Misiunea in spatiu WMAP a NASA, inceputa in 2001, a corectat aceasta limita si a stabilit o valoare de aproximativ 400 de milioane de ani.

Stelele isi au originea in asa numitele maternitati stelare, iar acestea nu sunt altceva decat regiuni gigantice si dense de gaz si praf. Aceste regiuni pot colapsa fie datorita unei influente exterioare (o unda de soc provenita de la o supernova ce a explodat in apropiere sau o coliziune cu o galaxie) fie datorita propriei atractii gravitationale. In urma colapsului se naste o protostea.

Odata cu cresterea temperaturii o protostea dezvolta reactii nucleare ale hidrogenului, iar o astfel de stea este clasificata ca facand parte din secventa principala. Vom numi pe alocuri procesele nucleare de fuziune ca procese de "ardere" chiar daca aici procesul de ardere isi pierde sensul conventional. De exemplu, pentru formarea heliului sunt necesari patru atomi de hidrogen, reactie ce produce si energie. In fiecare secunda in interiorul Soarelui aproximativ 600 milioane de tone de hidrogen sunt convertite in heliu, energia radiata in spatiu facand posibila existenta vietii pe Pamant.

Diagrama Hertzsprung-Russell In figura alaturata este reprezentata diagrama Hertzsprung-Russell, modificata dupa European Organisation for Astronomical Research in the Southern Hemisphere. Aceasta versiune a diagramei reprezinta pe o axa temperatura la suprafata stelei, iar pe cealalta axa luminozitatea sa (raportata la cea a Soarelui).

Stelele cu o masa initiala mai mica de aproximativ 0.08 mase solare nu dezvolta temperaturi necesare arderii hidrogenului, acestea sfarsind ca pitice maro. Piticele maro se vor contracta pana cand se va stabili un echilibru intre presiunea interna data de electroni (consecinta a principiului de incertitudine al lui Pauli) si compresia datorita gravitatiei. Constractandu-se si luminozitatea lor scade devenind greu de detectat, ca dovada ca desi au fost prezise teoretic inca din ani 60 prima pitica maro a fost confirmata abia in anul 1995.

Cat timp ramane o stea in secventa principala depinde de masa ei, iar pentru o stea masiva durata e mai scurta decat pentru o stea cu masa mai mica. De exemplu Soarele arde hidrogenul de aproximativ 4.6 miliarde de ani si mai are hidrogen suficient pentru inca 5 miliarde de ani. Daca Soarele arde hidrogen pentru aproximativ zece miliarde de ani, nu la fel de mult timp isi va petrece in secventa principala o stea de 25 de ori mai masiva decat Soarele pentru ca o astfel de stea va arde hidrogen in miezul sau pentru nu mai mult de un miliard de ani.

Miezul stelei se contracta odata cu incetarea reactiilor de fuziune ale hidrogenului, iar temperatura in jurul sau creste. Acest moment coincide cu inceputul arderilor hidrogenului in stratul exterior miezului facand ca diametrul stelei sa creasca. O astfel de stea poarta numele de gigantica rosie. Chiar si Soarele va deveni o gigantica rosie peste cinci miliarde de ani, iar raza sa va atinge maximum actuala orbita a Pamantului, adica de aproximativ de 100 de ori mai mult decat raza sa actuala. Centrul stelei format doar din heliu se contracta si atinge temperatura de ardere a heliului, iar in urma procesului triplu alfa (heliul mai e denumit si particula alfa, iar pentru ca acest proces sa ia loc sunt necesare trei astfel de nuclee) se formeza nucleul de carbon. Carbonul la randul sau fuzioneza cu un nucleu de heliu si formeaza oxigenul. Pentru o stea asemanatoare cu Soarele arderea heliului dureaza aproximativ 100 de milioane de ani, pana cand tot heliul din centrul stelei e transformat in oxigen si carbon.

Dupa incetarea arderilor miezul stelei incepe sa se contracte. Constractia stelei e oprita de presiunea electronilor, la fel ca si in cazul piticelor maro. Contractia miezului stelei face ca temperatura in jurul sau sa creasca, iar procesul de fuziune a heliului incepe in stratul sau exterior. Pentru o stea cu o masa initiala mai mica decat 8 mase solare acesta este stadiul la care evolutia sa ia o turnura "dramatica". Straturile exterioare sunt indepartate, iar ce ramane e doar miezul stelei inconjurat de gazul ce odinioara facea parte din stea. Stadiul acesta poarta numele de nebuloasa planetara. Astronomii ne-au dezvaluit dealungul anilor imagini superbe cu nebuloasele planetare, insa, chiar si frumusetea acestora se stinge dupa aproximativ 50 de mii de ani de la aparitia lor.

Miezul stelei de odinioara se numeste pitica alba. O pitica alba cu o masa egala cu cea a Soarelui are o raza comparabila cu cea a pamantului si o densitate de zece mii de ori mai mare decat cea a centrului Soarelui. Daca in preajma unui pitice albe nu se afla nici o alta stea pentru a-i influenta evolutia, temperatura acesteia scade si cu aceasta si luminozitatea sa.

In schimb daca o pitica alba se afla in compania unei alte stele, o alta pitica alba sau a unei stele din secventa principala, prin procesul de acretie (transferul de masa de la companion) masa acesteia poate creste pana la o valoare egala cu limita Chandrasekhar, iar la aceasta valoare a masei pitica alba fie colapseaza si formeaza o stea neutronica, fie devine o supernova (acest tip de supernova ce deriva dintr-o pitica alba se numeste supernova de tipul I).

O stea cu o masa initiala mai mare decat 8 mase solare are un alt destin decat stelele cu o masa mai mica decat aceasta limita. Temperaturile din centrul stelelor masive permit dezvoltarea reactiilor de fuziune ale carbonului, oxigenului si a altor elemente mai grele decat acestea. In cazul stelelor masive reactiile nucleare de fuziune pot avea loc in acelasi timp in mai multe straturi ale stelei, iar structura compozitiei interne e asemanatoare cu cea a unei cepe. Miezul stelei e format din fier, stratul imediat superior e alcatuit din siliciu, urmatorul strat e din oxigen s.a.m.d.p., iar cel din exterior e format din hidrogen. O astfel de stea e numita pe buna dreptate supergigantica rosie avand o raza mai mare de 100.000 de ori decat cea a Pamantului si o luminozitate de aproximativ un milion de ori mai mare decat luminozitatea Soarelui.

O astfel de stea nu trece printr-o faza de nebuloasa, asa cum se intampla cu stelele cu mase mai mici de 8 mase solare, ci genereaza o explozie te tip supernova a carei luminozitate e comparabila cu cea a galaxiei gazda. Explozia poate lasa in urma o stea neutronica sau o gaura neagra.

Comentarii

  • May 2, 2008, 2:18 pm - Magix

    Da,vad ca am ajuns sa fiu numit si fanatic religios.Este interesant cum orice argument contra teoriei evolutiei,fie ea si cosmica,este luat ca un atac din partea unui religios.Suna cam patetic as spune.Iar tonul meu nu a fost decat reactia fata de atitudinea respectivului fata de comentariul meu,ce-l critica ,si se pare ca nu i-a convenit.Telul stiintei este descoperirea adevarului,dar se pare ca multi au uitat lucrul acesta,si traiesc in lumea lor,a basmelor.

  • April 26, 2008, 6:23 am - Adi

    Felicitari, Marius, articolul tau a fost preluat si de Evenimentul Zilei Online! Ei chiar au multi cititori si de la ei preiau si multe alte ziare online mai mici. Cauta pe google numele articolului peste cateva zile si vei vedea cine te-a citit. :). Cu bine si te mai asteptam!

    http://evz.ro/articole/detalii-articol/800856/Maternitatea-stelara/

  • April 26, 2008, 3:51 am - Adi

    Marius, nu iti face griji de Magix, daca te uiti in spate la articolele de la Stiinta.info, vei vedea cat de mult am polemizat cu el pe teme de teoria evolutiei si a Big Bang-ului. Acum m-am lasat de meserie si imi vad de munca mea pentru cei ce sunt interesati de stiinta. Te mai asteptam cu articole. Ai facut o treaba buna in a face o sinteza la un subiect dificil.

  • April 25, 2008, 1:36 am - Marius

    Q, iti multumesc mult! :))

  • April 24, 2008, 8:51 pm - Q

    Marius, nu-l lua foarte in serios pe Magix asta, e genul de fanatic religios care vede o amenintare in orice progres al stiintei sau teorie stiintifica care nu da bine cu ce spun cartile lor sfinte si care sunt usor de recunoscut dupa tonul condescendent si "ironic" de care abuzeaza in conversatii ce s-ar vrea rationale. Ei pot face diferenta intre "stiinta" si "stiinta si imaginatie", dar nu si intre realitate si fictiune :)

  • April 24, 2008, 6:30 pm - Magix

    Cred ca glumesti,Marius,adica sper.In loc sa-mi corectezi modul de exprimare,ca doar nu suntem pe vreun site literar,ar trebui sa vii tu cu argumente,deci sa demonstrezi o teorie fiind adevarata,nu eu sa fiu nevoit sa demonstrez o teorie a fi falsa,ca daca nu inseamna ca e adevarata.Iar link-urile respective nu zic nimic nou decat vechea poveste,numai imaginatie si presupuneri,de asemenea si pozele nu dovedesc nimic.Ar trebui sa investighezi ce se stie cu adevarat despre originea stelelor,nu imaginatii.Iar in ceea ce priveste "masa Jeans" vezi ca a cam gresit calculele james jeans.Stii,problema cu originea stelelor e la fel pentru mine ca si norul lui Oort,desi nimeni nu l-a vazut, toata lumea crede in el.Si oricum nu pot sa fiu rezervat in fata unei teorii ce nu pare a fi adevarata,iar argumentele seriose ar trebui sa le aduca cel sau cei ce au propus teoria.Personal eu fac diferenta intre stiinta si "stiinta si imaginatie",iar daca tu nu o faci atunci traiesti pe alta lume ,sau poate ai vazut prea multe filme.

  • April 24, 2008, 6:05 am - Marius

    Buna Magix!
    Din pacate, eu nu ma simt la fel de bine ca si tine pe taramurile filozifice ale stiintei si sunt nevoit sa te contrazic, insa si mai mult mi-ar fi placut sa-ti contrazic niste argumente nu doar 'corecturi' de genul 'Mai corect ar fi ca ar colapsa datorita unei influente exterioare,adica o supernova,ca din cauza propiei atractii gravitationale e imposibil', de unde deduci concluzia ca ai 'nevoie' de supernove pentru a crea primele stele ale Universului.

    Nu inteleg de ce excluzi cauza formarii stelelor ca efect al propiei atractii gravitationale, o numesti chiar 'imposibila'.
    Poate ai auzit sau citit ca exista o masa denumita 'masa Jeans'. Sir James Jeans a calculat cam cat de mare trebuie sa fie o masa de gaz pentru a deveni instabila si sa colapseze sub influenta propriei atractii gravitationale. Pe scurt: propria atractie gravitationala trebuie sa 'invinga' miscarea termica a particulelelor ce altfel ar dispersa gazul.

    Pentru primele stele ale Universului teoria e mai complicata si include notiuni de materia intunecata si energie neagra si nu e loc aici la comentarii pentru teorii, simulari numerice si observatii complexe, insa pentru mai multe despre Populatia a III-a de stele si despre cum se formeaza stelele in 'zilele noastre' as dori sa indic spre doua articole de nivel mediu:

    http://www.ph.surrey.ac.uk/astrophysics/files/how_stars_form.html
    http://www.solstation.com/x-objects/first.htm

    Cat priveste stelele masive (stelele de tip O sau B), 'gigant' cum le numesti formarea lor inca mai poate fi observata, de exemplu in nebuloasa Vultur:

    http://www.brera.mi.astro.it/apod/ap970718.html

    Cred ca uneori ar fi mai bine sa fim mai rezervati in 'atacarea' unor teorii fara cunostinta lor si fara argumente serioase. Se depun mari eforturi in comunitatea stiintifica pentru descoperirea a noi si noi dovezi pentru a afirma sau infirma o anumita teorie. Intr-adevar o teorie fara experiment sau observatii riguroase ramane o teorie, insa in multe dintre domeniile astrofizicii nu mai este cazul.

  • April 24, 2008, 1:57 am - Magix

    Poate iti aduci aminte Adi ca am mai discutat pe tema asta.Si parerea mea ramane aceeasi.Adica originea stelelor ramane un mister pentru oamenii de stiinta si in ziua de astazi.Sunt multe teorii,dar niciuna demonstrata.Tot ce se spune sunt doar "pareri",dar nimic concret.
    "Aceste regiuni pot colapsa fie datorita unei influente exterioare (o unda de soc provenita de la o supernova ce a explodat in apropiere sau o coliziune cu o galaxie) fie datorita propriei atractii gravitationale".Mai corect ar fi ca ar colapsa datorita unei influente exterioare,adica o supernova,ca din cauza propiei atractii gravitationale e imposibil.Deci daca e nevoie de o supernova sau mai multe pentru ca o stea sa se formeze,atunci prima stea ce a ajuns la stadiul de supernova cum s-a format? ,tot de la o supernova?
    Sa nu uitam ca sunt stele gigant,ce sunt mai degraba alb-albastre din cauza temperaturii imense,ce au,din cauza marimii lor,o durata foarte scurta de "viata",circa 1 milion de ani.Si totusi s-a observat ca sunt foarte multe stele de acest gen,dar nu s-a observat niciuna formandu-se.

  • April 23, 2008, 2:11 am - Marius

    Multumesc pentru sugestie, o sa-ti urmez sfatul si o sa modific o astfel de diagrama pentru a nu include prea multe informatii (stralucire aparenta, spectre etc.) si sa fie si in limba romana.

  • April 22, 2008, 3:32 pm - Lucian Ancu

    Buna Dane,

    cred ca articolul ar avea de castigat daca ai adauga diargrama HR. Poate si o scurta explicatie a ei.

    Lucian

  • April 22, 2008, 2:35 pm - Marius

    Adi, iti multumesc pentru cuvintele tale. Intr-adevar, exista multi profesori de fizica pasionati de munca lor, iar ca elevii iau contact cu 'elementele interesante' ale atrofizicii nu poate decat sa le trezeasca de timpuriu pasiunea pentru o stiinta extraordinara.

  • April 22, 2008, 10:56 am - Adi

    Foarte interesant articolul, intr-adevar. Marius a realizat o compilatie foarte utila despre cum se nasc, traiesc si mor stelele. Probabil ca multi profesori de liceu sau public larg ar dori sa citeasca acestea, sa poata explica elevilor si copiilor lor, in mare, cam cum traiesc stelele.

  • April 22, 2008, 10:56 am - M. Dan

    Ma bucur ca ti-a placut. Articolele mentionate de tine trateaza mai in detaliu gaurile negre, insa din cauza spatiului si a timpului nu am resit sa descriu ultimele faze ale stelelor si fenomenele interesente legate de acestea.

    Pentru cititorul interesat de o continuare a subiectului, as dori sa indic o minima bibliografie, desi nu sunt sigur daca aceste articole si carti sunt de gasit in tara:

    1. Universe, Stars and Galaxies, Freedman si Kaufmann, 2002 (o carte de nivel mediu (sunt necesare cunostinte la nivel de anul I de facultate), FOARTE utila pentru intelegerea fenomenelor din Univers)

    2. Supernova explosions in the Universe, A. Burrows, http://www.nature.com/nature/journal/v403/n6771/pdf/403727a0.pdf, Un bun rezumat al tuturor tipurilor de supernove precum si a evolutiei stelelor pana la explozie

    3. http://www.solstation.com/x-objects/first.htm, Un site bun, despre primele stele, insa doar pentru cititorul "angajat" in domeniul astrofizicii. Orice informatie indica si o sursa externa, fie o simulare numerica fie un articol dintr-o revista cu punctaj ISI.

    4. Introduction to High Energy Astrophysics, Rosswog si Brueggen, 2007. O carte ce nu trateaza evolutia stelelor, insa pune accent pe ultimele faze ale stelelor

    Lista poate continua, insa ss fi bucuros sa va raspund si eu nedumeririlor.

  • April 22, 2008, 9:34 am - Viorel

    Articolul este foarte interesant.
    Am ajuns oarecum la aceleasi informatii cu ceva timp in urma gasind articolele urmatoare.
    http://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole
    http://www.space.com/blackholes/

Adaugă un comentariu

Adaugă un comentariu

This is a captcha-picture. It is used to prevent mass-access by robots. (see: www.captcha.net)
Codul din imagine:
Numele dvs.(*):
COMENTARIU. Sugestie: SALVATI inainte de a trimite! Eventual puteti selecta cu Ctrl-A si apoi copia cu Ctrl-C. Sistemul mai da erori, in special daca textul este lung!(*):
 

Aceasta pagina a fost vizitata de 22307 ori