Ievads zvaigžņu veidošanā un to dzīves ciklā

No molekulārajiem mākoņiem līdz zvaigžņu atliekām: ceļojums cauri kosmiskajai evolūcijai

Zvaigznes ir galveno galaktiku komponenti – kosmiskās “krāsnis”, kurās kodolreakcijas no vieglajiem elementiem rada smagākos. Tomēr zvaigznes ir ļoti dažādas: to masas, spožums un dzīves ilgums atšķiras no sīkākajiem sarkanajiem punduriem, kas var dzīvot triljonus gadu, līdz milzīgajiem supermilžiem, kas īsi, bet ļoti spoži mirdzēja, līdz sprāga kā supernovas. Zvaigžņu veidošanās un zvaigžņu dzīves cikla izpratne palīdz saprast, kā galaktikas paliek aktīvas, pārstrādā gāzes un putekļus, un piesātina Visumu ar ķīmiskiem elementiem, kas nepieciešami planētām un dzīvībai rasties.

Šajā ceturtajā lielajā tematiskajā blokā – Zvaigžņu veidošanās un to dzīves cikls – apskatīsim zvaigžņu ceļu no sākotnējās aizmetnes tumšos, putekļainos mākoņos līdz bieži sprāgstošām beigu stadijām. Zemāk ir nākamo nodaļu saraksts:

1. Molekulārie mākoņi un protzvaigznes
   Sāksim ar skatījumu uz zvaigžņu šūpulīšiem – tumšiem, aukstiem starpgalaktiskiem molekulārajiem mākoņiem, kas ir bagāti ar gāzēm un putekļiem. Šos mākoņus ietekmē gravitācija, un tie var sadalīties protzvaigznēs, kas pakāpeniski aug, uzkrājot masu no apkārtnes. Magnētiskie lauki, turbulences un gravitācijas sadalījums nosaka, cik un kādas masas zvaigznes veidojas, kā arī vai veidojas zvaigžņu kopas.
2. Pamata secības zvaigznes: ūdeņraža sintēze
   Kad protzvaigznes kodolā temperatūra un spiediens sasniedz kritisko līmeni, sākas ūdeņraža sintēze. Lielāko daļu laika zvaigznes pavada pamata secībā, kur starojuma spiediens, ko rada kodolsintēzes process, līdzsvaro gravitācijas pievilkšanu. Neatkarīgi no tā, vai tā ir Saule vai tāla sarkanais punduris, šī fāze ir svarīgākais zvaigznes evolūcijas posms, kas nodrošina stabilu mirdzumu un atbalsta potenciālās planētu sistēmas.
3. Kodol-sintēzes ceļi
   Ne visas zvaigznes pārvērš ūdeņradi par hēliju vienādi. Šeit apskatīsim protonu–protonu ķēdi, raksturīgu mazākas masas zvaigznēm (piemēram, Saulei), un CNO ciklu, svarīgu lielākas masas, karstākos kodolos. Zvaigznes masa nosaka, kurš sintēzes ceļš dominē un cik ātri kodols darbojas.
4. Mazas masas zvaigznes: sarkanie milži un baltie punduri
   Zvaigznēm, kas ir līdzīgas vai mazākas par Sauli, beidzoties ūdeņraža krājumiem kodolā, tās paplašinās sarkano milžu stadijā, turpinot kodolsintēzi ārējos slāņos (hēlija un dažkārt smagāku elementu). Visbeidzot, tās izmet ārējos slāņus, veidojot planetāro miglāju, un zvaigznes kodols pārvēršas baltajā pundurī – nelielā, bet ļoti blīvā objekta paliekā, kas pakāpeniski atdziest kosmiskajā telpā.
5. Lielas masas zvaigznes: supermilži un kodola sabrukuma supernovas
   Tajā pašā laikā masīvās zvaigznes daudz ātrāk iziet dažādas sintēzes stadijas, ražojot arvien smagākus elementus kodolā. Tās beidz savu eksistenci ar kodola sabrukuma supernovu, sprādzienu, kas izplata milzīgu enerģiju un rada smagos elementus. Šāds sprādziens var atstāt neitronzvaigzni vai melno caurumu, kas būtiski ietekmē apkārtni un galaktikas attīstību.
6. Neitronzvaigznes un pulsāri
   Daudzām supernovu atliekām raksturīga spēcīga gravitācijas kompresija, veidojot neitronzvaigzni. Ja tā ātri griežas un tai ir spēcīgs magnētiskais lauks, no tās virsmas var izstarot regulāri pulsējoša starojuma viļņi – pulsārs. Šo ļoti blīvo zvaigžņu atliekas novērošana paplašina mūsu zināšanas par ekstrēmo fiziku.
7. Magnetāri: ekstrēmi magnētiskie lauki
   Izņēmuma neitronzvaigžņu klase – magnetāri – izceļas ar ļoti spēcīgu magnētisko lauku, kas pārsniedz Zemes lauku triljonu reižu. Dažkārt magnetāri piedzīvo “zvaigžņu drebēšanu” (starquakes), atbrīvojot īpaši spēcīgus gamma staru zibšņus, kas parāda vienus no spēcīgākajiem zināmajiem magnētiskajiem fenomeniem.
8. Zvaigžņu melnie caurumi
   Lielākās masas zvaigžņu kodola sabrukums var atstāt melno caurumu. Tie ir reģioni, kuros gravitācija ir tik spēcīga, ka pat gaisma nevar izkļūt. Šie zvaigžņu melnie caurumi, atšķirībā no supermasīvajiem galaktiku centriem, var veidot rentgena staru dubultās sistēmas un, saplūstot, radīt novērojamus gravitācijas viļņu signālus.
9. Nukleosintēze: elementu, smagāku par dzelzi, veidošanās
   Tieši supernovās un neitronzvaigžņu saplūšanās veidojas elementi, kas ir smagāki par dzelzi (piemēram, zelts, sudrabs, urāns), bagātinot starpzvaigžņu vidi. Šī pastāvīgā bagātināšanas ķēde “sēj” galaktikas nākotnes zvaigžņu paaudzēm un iespējamiem planētu sistēmām.
10. Dubultzvaigžņu sistēmas un eksotiski fenomeni
    Daudzas zvaigznes veidojas dubultu vai daudzzvaigžņu sistēmu veidā, kas ietekmē masas pārnesi un novu sprādzienus vai I tipa Ia supernovas, kad baltā pundure sistēmā sasniedz Čandrasekaro robežu. Neitronzvaigžņu vai melno caurumu dubultu saplūšanas kļūst par gravitācijas viļņu avotiem, kas apstiprina dramatiskus zvaigžņu atliekas sadursmes beigu notikumus.

Kopumā šīs tēmas atklāj pilnu zvaigžņu dzīves ciklu – kā trauslā protzvaigzne aizdegas, kā stabilā pamata secības fāze nodrošina ilgtermiņa mirdzumu, kā supernovas bagātina galaktikas ar smagajiem elementiem un kā zvaigžņu atliekas galu galā veido kosmisko vidi. Izpētot šīs zvaigžņu stāstus, astronomi dziļāk saprot galaktiku attīstību, Visuma ķīmisko evolūciju un apstākļus, kas var noteikt planētu un, iespējams, dzīvības rašanos pie daudzām zvaigznēm.