Eduscience

ROZMIARY GWIAZD

Piotr Michałek

Stojąc z dala od miejskich świateł w bezchmurną noc i przyglądając się niebu, możemy zobaczyć 5-6 tysięcy gwiazd, a użycie lornetki lub niewielkiego teleskopu pozwoli nam dodatkowo dostrzec kilka tysięcy niewidocznych gołym okiem obiektów. Te kilkanaście tysięcy najjaśniejszych gwiazd to tylko niewielka część wszystkich obiektów tego typu występujących we Wszechświecie. W samej tylko Drodze Mlecznej (czyli w galaktyce, w której znajduje się Słońce) jest od 200 do 400 miliardów gwiazd, a galaktyk, z których każda zawiera miliony lub miliardy gwiazd, może być nawet 170 miliardów. Wystarczy jeden rzut oka na rozgwieżdżone niebo, by stwierdzić, że niektóre gwiazdy świecą jaśniej od innych. Intuicja podpowiada nam, że obiekty jaśniejsze są większe od tych słabszych i choć ze względu na różną odległość od Ziemi nie zawsze musi to być prawdą, faktycznie gwiazdy znacznie różnią się od siebie rozmiarami.

Rozmiar Słońca

 

Najbliższą i przez to najlepiej poznaną gwiazdą jest Słońce. Nasze istnienie zawdzięczamy energii produkowanej we wnętrzu Słońca, gdyby nie ono, Ziemia byłaby pozbawioną życia, mroźną i ciemną pustynią. W porównaniu do wszystkich pozostałych ciał Układu Słonecznego, leżąca w jego centrum gwiazda jest gigantyczna. Słońce zawiera w sobie 99.86% masy układu czyli innymi słowy waży około 713 razy więcej niż wszystkie krążące wokół niego obiekty (333 tysięcy razy więcej niż Ziemia). Słońce jest też największym obiektem w Układzie Słonecznym, jego średnica 109 razy przewyższa średnicę Ziemi.

 

Wygodne jednostki

 

Opisywanie gwiazd w jednostkach układu SI (czyli podawanie masy w kilogramach i rozmiaru w metrach) wiąże się z operowaniem na bardzo dużych liczbach. Dla przykładu masa Słońca wynosi 1,98855×10^30 kg, a promień równikowy 6,96342000×10^8 m. Z tego powodu astronomowie operują na innych, znacznie wygodniejszych jednostkach i podają rozmiary gwiazd w odniesieniu do rozmiarów Słońca. O gwieździe posiadającej identyczną masę, co nasza gwiazda dzienna, mówimy, że ma masę równą 1 MS (jedna masa Słońca), gwiazda dziesięciokrotnie cięższa do Słońca ma masę 10 MS. Identyczna zasada obowiązuje przy podawaniu promienia gwiazdy: 1RS odpowiada gwieździe o rozmiarze Słońca, 0,5RS to rozmiar gwiazdy dwukrotnie mniejszej.

 

Masy gwiazd

 

Współczesne modele teoretyczne przewidują maksymalną i minimalną masę gwiazd. Obecnie uważa się, że masa gwiazdy nie może być większa niż około 150MS (49500000 mas Ziemi), gdyż gwiazdy cięższe emitowałyby tak wielką ilość energii, że ciśnienie promieniowania doprowadziłoby do odrzucenia części atmosfery gwiazdy i obniżenia jej masy poniżej tej granicy. Znane są co najmniej trzy gwiazdy o masie granicznej 150MS i kilkanaście gwiazd o masach przekraczających 100MS. Przykładem tak masywnego obiektu jest Eta Carinae znana przede wszystkim dzięki pięknym zdjęciom wykonanym przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a (fot.1).

Obserwacje gromady otwartej RMC 136a pokazują jednak, że być może istnieją gwiazdy masywniejsze. Według niektórych pomiarów masa gwiazdy R136a1 wynosi aż 265MS i jeśli to się potwierdzi, być może trzeba będzie zmodyfikować obecną teorię ewolucji gwiazd.

Po drugiej stronie barykady znajdują się gwiazdy, których masa jest tylko kilka razy większa od masy największych planet. Gwiazdą o najmniejszej znanej masie jest gwiazda z gwiazdozbioru Złota ryba, AB Dorado. Masa obiektu jest tylko 93 razy większa niż masa Jowisza. Graniczną wartością, poniżej której w jądrze obiektu warunki nie pozwolą na zainicjowanie reakcji termojądrowych (jest to warunek konieczny do tego, by obiekt nazwać gwiazdą), jest masa 73 mas Jowisza.

Z masą gwiazdy związany jest czas życia. Co ciekawe obiekty masywniejsze żyją znacznie krócej od tych mniej masywnych. Obiekt o masie 1MS (np. nasze Słońce) będzie świecić przez około 10 miliardów lat. Gwiazda 10 razy masywniejsza spala swoje paliwo 1000 razy szybciej, zatem umrze po zaledwie 10 milionach lat. Gwiazda o masie 0.1MS będzie żyć przez 10 bilionów lat, czyli kilkaset razy dłużej niż obecny wiek Wszechświata.

 

Promienie gwiazd

 

W czasie życia promień gwiazdy ulega znacznym zmianom (fot.2). Dziś Słońce ma rozmiar 250 razy mniejszy od tego, jaki osiągnie za kilka miliardów lat, gdy w fazie czerwonego olbrzyma pochłonie nawet Ziemię, ale ostatecznie skończy jako obiekt wielkości Ziemi (109 razy mniejszy niż obecnie). Różne gwiazdy są na różnych etapach życia, co przy znacznej różnorodności mas daje naprawdę wiele kombinacji.

Największą obecnie znaną gwiazdą jest UY Scuti, czerwony hiperolbrzym w gwiazdozbiorze Tarcza Sobieskiego. Średnica gwiazdy jest ponad 1700 razy większa od średnicy Słońca (fot 3). Gdyby to ta gwiazda znajdowała się w centrum Układu Słonecznego, to w jej wnętrzu znalazłyby się nie tylko wszystkie planety wewnętrzne (w tym Ziemia!), ale również Jowisz, a najbliższą planetą byłby dopiero Saturn.

Do niedawna za największą gwiazdę uważano VY Canis Majoris, ale najnowsze dane pokazują, że jest to obiekt mniejszy niż dotychczas sądzono i na liście największych gwiazd zajmuje miejsce poza podium.

Fotografia 4 pokazuje rozmiar planet i Słońca względem kilku większych gwiazd.

Gwiazdy o najmniejszych rozmiarach to obiekty w końcowych fazach życia. Wspominałem już, że Słońce skurczy się do rozmiaru Ziemi, ale w taki sposób kończą jedynie gwiazdy małomasywne. Gwiazdy masywniejsze giną w gigantycznych wybuchach (tzw. supernowe) i pozostaje po nich jedynie bardzo gęste, obracające się z zawrotną prędkością jądro zwane gwiazdą neutronową. Średnica gwiazdy neutronowej wynosi zaledwie kilkanaście kilometrów, a jej gęstość jest tak ogromna, że jedna łyżeczka materii waży 5-6 miliardów ton.

Galeria zdjęć

Dodaj komentarz

Zdrowe opalanie, czyli jakie?

Jak długo mogę się dziś opalać? To pytanie zadajemy sobie szczególnie w bardzo słoneczne dni. Czy możliwe jest wyznaczenie czasu opalania, w którym naszemu organizmowi dostarczymy dawkę promieniowania potrzebną do wytworzenia witaminy D3, a jednocześnie…

Czytaj więcej

Wakacyjna lektura dla nauczycieli

Zachęcamy do wpisania na swoją wakacyjną listę lektur dwóch nowych raportów dotyczących edukacji przyrodniczej. To idealne lektury letnie dla tych wszystkich, którzy zainteresowani są nauczaniem STEM oraz wykorzystaniem gier w nauczaniu!

Czytaj więcej