Spindėk, spindėk, maža žvaigždute, arba kaip miršta žvaigždės?

Šį darbą Šiaulių Didždvario gimnazijos 12-os klasės mokinė Ema Ivanauskaitė parašė 2019 m. mokslo populiarinimo rašinių konkursui. Primename, kad panašių rašinių, publikuoti šiame puslapyje laukiame nuolatos. Juos siųskite: [email protected]

Ema Ivanauskaitė

Kiekvienas mūsų planetos gyventojas bent kartą gyvenime grožėjosi nakties dangumi ir svajojo apie begalinę visatą. Jau pirmosios žmonijos civilizacijos stebėjo žvaigždžių judėjimą, gimimą ir mirtį, pasitikėjo jomis savo kelionėse, gyvenimo sprendimuose, net suteikė vardus. Ryšys tarp kosmoso kūnų ir žmogaus išliko stiprus nuo pirmos nuoseklios žmonijos minties iki modernios XXI a. visuomenės. Astronomija – seniausia gamtos mokslų atšaka.

Tačiau kas stumia žmoniją domėtis tuo, kas taip toli ir nepasiekiama? Kodėl danguje mirksinčios žvaigždutės įkvepia mus svajoti, išrasti ir kurti? Ar gali žmogus ir tolima žvaigždė būti susiję?

Naktiniame Žemės danguje žvaigždės – mažyčiai, spindintys taškeliai. Tačiau šis požiūris nėra itin arti realybės. Žvaigždės – tai didžiuliai įkaitę dujų kamuoliai, kurių paviršiaus temperatūra siekia nuo 3200°C iki netgi 40000°C. Artimiausia mums žvaigždė – Saulė – priskiriama geltonosioms nykštukėms, jos masė siekia apie 1,989×10^30 kg, o paviršiaus temperatūra yra apie 5500°C.

Žvaigždės vykdo termobranduolines reakcijas, kurių metu vandenilis naudojamas kaip kuras. Vykdomos reakcijos išskiria daug energijos šilumos pavidalu, todėl žvaigždžių temperatūra tokia aukšta. Temperatūra gali kisti pagal žvaigždės dydį, o dėl kintančios temperatūros, kinta ir fuzijos reakcijų rezultatai. Štai pavyzdžiui, raudonosios nykštukės ganėtinai vėsios, o jų masė dažnai nesiekia net trečdalio mūsų Saulės masės. Dėl mažos temperatūros vandenilio konversija į helį ganėtinai lėta, o žvaigždės viduje vykstantis medžiagų judėjimas suteikia daugiau vandenilio kuro lyginant su didžiųjų žvaigždžių proporcijomis ir prieinamu vandenilio atomų šaltiniu. Dėl šių priežasčių raudonosios nykštukės drąsiai laiko ilgaamžiškumo titulą – jų nuspėjama gyvenimo trukmė gali siekti net 1trln. metų. Šiuos skaičius sunkiai įsivaizduojame, tačiau Visatos amžius nesiekia net 14mlrd. metų, o Saulė tegyvens tik apie 12mlrd. metų. Dėl nuolat greitėjančio Visatos plėtimosi, raudonosios nykštukės gali likti paskutinėmis šviesiomis žvaigždėmis Visatoje.

Vidutinio dydžio žvaigždės, kaip Saulė, savo branduoliuose turi sluoksnius, tarp kurių materija negali judėti taip laisvai, kaip raudonosiose nykštukėse. Saulė skiriama į 3 vidines zonas: centrinę, dar kitaip vadinamą branduoliu, ją gaubia spindulinė bei konvekcinė zonos. Branduolyje, dėl aukštos temperatūros ir slėgio, vandenilio atomai skyla, sudarydami atomų branduolių ir elektronų plazmą. Tokiose sąlygose vyksta termobranduolinės reakcijos, kurių pirminis produktas – helio branduolys. Reakcijos metu taip pat išskiriami gama spindulių fotonai ir neutrinai, tampantys pagrindiniu Saulės energijos šaltiniu. Dalis šių dalelių pasiekia Saulės paviršių ir yra išspinduliuojama į Visatą. Nuo Saulės paviršiaus atsiskyręs fotonas pasiekia Žemę per 8min., tačiau jam prireikia 200 000 metų, kad nuo branduolinės reakcijos vietos branduolyje pasiektų Saulės paviršių. Branduolyje vykstančių termobranduolinių reakcijų metu helio branduolys taip pat gali reaguoti su plazma, tad, dėl Saulės sąlyginai nedidelės masės, galutinis reakcijų produktas gali būti bet kuris elementas, nesunkesnis už anglį.

Žvaigždės, kurios bent 8 kartus didesnės už Saulę, termobranduolinių reakcijų metu sukuria elementus, ne sunkesnius už geležį. Dėl traukos jėgos, sunkesni elementai sudaro naujus vidinius sluoksnius: vandenilio fuzija vyksta arčiausiai žvaigždės paviršiaus, reikalauja ganėtinai žemos temperatūros – lyginant su kitais reakcijų sluoksniais. Dėl vandenilio naudojamo termobranduolinėms reakcijoms, kyla branduolio temperatūra, taip sukuriamos sąlygos aukštesnio lygio branduolių reakcijoms. Antrajame branduolio sluoksnyje helio atomai, sulydyti iš vandenilio branduolių plazmos, dėl aukštesnės temperatūros vėl paverčiami į plazmą, tačiau šios reakcijos metu naujai sulipdyti atomai – anglis. Didesnės žvaigždės gali turėti iki šešių skirtingų fuzijos sluoksnių, septintuoju tampa geležis. Kiekvienas naujai atsiradęs sluoksnis – termobranduolinių reakcijų stadija – dėl sparčiau kylančios žvaigždės temperatūros trunka vis trumpiau. Tam, kad tokio dydžio žvaigždė sudegintų savo vandenilio atsargas, jai gali prireikti iki milijardo metų, tačiau atsiradus vos pirmajam geležies atomui, ima tiksėti mirtina bomba. Silikonas ima taip greitai virsti geležimi, kad jo atsargos baigiasi per vieną dieną! Žvaigždės geležiniam branduoliui didėjant, o vandenilio atsargoms mažėjant, ji ima artėti prie savo pražūties. Regimąją Visatą nutvieskia ryškus Supernovos blyksnis, anksčiau buvę žvaigždės sluoksniai skrieja kosmoso platybėmis. Iš kažkada buvusios termobranduolinių reakcijų galiūnės liko tik mažytė neutroninė žvaigždė – pirmykštės žvaigždės branduolio liekana.

Mirusios žvaigždės gyvenimo rezultatas – Visata skriejantys reakcijų metų pagaminti elementai ir junginiai. Šie naujai pagaminti elementai, skriejantys metalo luitais ar spindulių pavidalu, gali atgimti – tapti naujų žvaigždžių gamyklomis, vadinamais pluoštiniais ūkais. Neutroninė žvaigždė skleidžia tokią stiprią radiaciją, kad aplink ją esantis žvaigždės išorinių sluoksnių sudarytas pluoštinis ūkas ima švytėti. Praėjus tūkstančiams metų, šis ūkas išsisklaidys, po savimi palikdamas neutroninę žvaigždę ir naujas, ką tik iš likučių susiformavusias žvaigždes.

*Krabo ūkas, esantis 6 523 šviesmečių atstumu nuo Žemės; ūko spindulys siekia 5,5 šviesmečių.*

Žemė – puikus kosmoso elementų kompozicijos pavyzdys. Tiksli viską sudarančių atomų kilmė nėra žinoma, tačiau galima teigti, jog bent dalis šių atomų galėjo susiformuoti kažkada egzistavusios žvaigždės branduolyje. Žinoma, jog žmogaus kūnas sudarytas iš 65% deguonies, 18% anglies, 10% vandenilio ir 3% azoto atomų. Bent 96% mūsų kūno – potencialios žvaigždžių dulkės. Žmonių troškimas sužinoti daugiau apie beribę Visatą, joje esančias žvaigždes ir planetas tampa troškimu sužinoti apie mūsų praeitį, dabartį ir galbūt net ateitį.

Bibliografija: