Jak to działa?
Gwiazda to ogromna kula gorącej plazmy. Grawitacja ściska ją do środka, a ciśnienie gazu, podgrzewanego reakcjami jądrowymi w jądrze, pcha na zewnątrz. Dopóki te siły są w równowadze, gwiazda świeci spokojnie.
Diagram Hertzsprunga–Russella
Na osi poziomej jest temperatura powierzchni — odwrócona: gorące gwiazdy są po lewej. Na osi pionowej jest jasność w jednostkach jasności Słońca (L☉) w skali logarytmicznej: każda linia siatki oznacza 10 razy więcej. Około 90 % gwiazd leży na ukośnym pasie — to ciąg główny, bo tam gwiazdy spędzają większość życia, spalając wodór.
Jasność, promień i temperatura
σ = 5,670·10⁻⁸ W/(m²·K⁴). Dla Słońca (R = 6,957·10⁸ m, T = 5 772 K):
Chłodna, a bardzo jasna gwiazda musi więc być olbrzymia, a gorąca i słaba — malutka. Stąd czerwone olbrzymy w prawym górnym rogu diagramu i białe karły na dole po lewej.
Barwa to termometr
Słońce najwięcej światła wysyła przy ok. 502 nm. Gwiazdy o temperaturze 3 000 K świecą pomarańczowo, a te o 20 000 K — niebieskobiało. Barwy kropek na tej stronie obliczamy z widma ciała doskonale czarnego.
Masa decyduje o wszystkim
Im większa masa, tym mocniej grawitacja ściska jądro, tym jest ono gorętsze i tym szybciej spala paliwo. Dla gwiazd od ok. 1 do 20 mas Słońca jasność rośnie mniej więcej jak
Paliwa jest proporcjonalnie do masy, a zużywa się je proporcjonalnie do jasności, więc t ∝ M / L ∝ M−2,5:
Gwiazda 10 razy masywniejsza od Słońca świeci ok. 3 000 razy jaśniej, ale żyje ok. 300 razy krócej: około 30 mln lat.
Skąd ta energia?
Słońce co sekundę zamienia w hel ok. 600 mln ton wodoru, a ok. 4,3 mln ton masy zamienia się w energię. Gdy wodór w jądrze się skończy, gwiazda kurczy jądro, podgrzewa je i zapala kolejne paliwa: hel, węgiel, neon, tlen, krzem. Na żelazie wszystko się kończy — jego synteza nie daje już energii, tylko ją pochłania.
Jak kończą gwiazdy
- poniżej ok. 0,5 M☉ — nigdy nie zapalą helu; za setki miliardów lat staną się helowymi białymi karłami;
- ok. 0,5–8 M☉ — czerwony olbrzym, mgławica planetarna i biały karzeł; biały karzeł może mieć co najwyżej ok. 1,4 M☉ (granica Chandrasekhara);
- ok. 8–25 M☉ — supernowa i gwiazda neutronowa (granica jest niepewna, ok. 2–2,3 M☉; najcięższe dokładnie zmierzone mają ok. 2 M☉);
- powyżej ok. 25 M☉ — czarna dziura o promieniu horyzontu rs = 2GM/c², czyli ok. 3 km na każdą masę Słońca.