Akárcsak az emberek, a csillagok is megszületnek, majd meghalnak. De miként?

A globuláktól a szupernóvákig

2021. március 30., 14:43 , 1050. szám

Ezek az égitestek a galaxisok némi port is tartalmazó hatalmas gázködeiben alakulnak ki, melyek döntően hidrogénből állnak. Egyes részeiken sűrűbb területek, ún. magok jelennek meg, melyek a csillagképződés első fázisát jelentik. A második fázisban aztán a magok a saját tömegvonzásuk (gravitációjuk) hatása alatt lassan összehúzódnak, gravitációs erejükkel pedig a környezetükből is egyre több anyagot vonzanak magukba, ezért egyre sűrűbbekké válnak, így létrejönnek az ún. globulák, azok a gázból és porból álló csomósodások, melyekből kialakulnak a protocsillagok (előcsillagok). Minden születőben lévő nap körül akkréciós korongba, vagyis spirál alakú anyagbefogási korongba rendeződik a protocsillag tömegvonzása miatt felé áramló gáz és por, a korong nagyobbik része aztán belehull a formálódó napba, míg a kisebbik hányada kilökődik a csillagközi térbe. A protocsillag mind sűrűbbé, ezáltal mind forróbbá válik, s amint a magjában 10-15 millió kelvinre emelkedik a hőmérséklet (1 kelvin egyenlő -276 Celsius-fokkal), emellett pedig a nyomás is hatalmasra nő, beindul a termonukleáris fúzió, a hidrogén­atomok összepréselődése és héliumatomokká való egyesülése. S mivel ez a folyamat óriási energiafelszabadulással jár, így felragyog az újszülött csillag, miközben az akkréciós korong maradványából az új nap körül keringő proto­planetáris korongok jönnek létre, melyek anyagaiból végül bolygók alakulnak ki. Megjegyzendő: a csillagképződést felgyorsíthatja a gázköd összenyomódása, ezt pedig éppúgy előidézheti egy nem távoli szupernóva-robbanás lökéshulláma, mint a gázködnek egy spirális galaxis spirálkarján való áthaladása, ami ugyancsak lökéshullámot kelt a ködben, vagy éppen a közeli csillagok sugárnyomása.

A csillagok életét és halálát pedig meghatározza a születéskori tömegük. Hogy a csillag ne roskadjon önmagába, a magból kifelé ható sugárnyomásnak egyensúlyban kell lennie a befelé ható gravitációs erővel. Az óriáscsillagok hatalmas tömege óriási gravitációs erőt fejt ki a magra, ezért a mag hevesen égeti el a hidrogénjét, hogy elegendő sugárnyomással ellensúlyozza a gravitációs erőt, így pár százmillió év alatt feléli a hidrogén nagy részét. A Napunkhoz hasonló közepes méretű csillagok azonban nem kényszerülnek rá, hogy ekkora ütemben égessék el az elsődleges üzemanyagukat, így mintegy tízmilliárd évig élnek. Amint ezek magjában a hidrogén nagy része héliummá alakul át, a maradék hidrogén a magot körülvevő héjban (burokban) gyűlik össze, emiatt a magban leáll az energiatermelés, és összehúzódik. A zsugorodás miatt viszont óriási gravitációs energia szabadul fel, ami úgy felhevíti a burokban lévő hidrogént, hogy ott beindul a hidrogénfúzió. Ez a reakció aztán odahat, hogy a hélium áramlani kezd a magból a héjba, a beinduló konvekciós áramlatok pedig felhevítik és felfújják a csillagot, mely hatalmasra nő, ám mivel a felszíne túlságosan megnövekszik, a belsejéből áramló hő nem képes azt eléggé felmelegíteni, ezért a felszíni hőmérséklet lecsökken, s a csillag színe fehérből vagy sárgából vörösre vált: vörös óriás lesz. A felfúvódáskor azonban akkora belső nyomás alakul ki, hogy a csillag ledobja felszíni rétegei egy részét. Közben a héjban zajló hidrogénfúzió következtében a mag tovább zsugorodik és forrósodik, majd hőmérséklete a folyamatos hevülés hatására úgy felszökik, hogy robbanásszerűen beindul a héliumatomok fúziója, melynek révén szénatomok jönnek létre. Ezt nevezik héliumvillanásnak. Ezt követően a mag hőmérséklete lecsökken, míg csak a héjban zajló hidrogénfúzió ismét fel nem hevíti annyira, hogy újból beinduljon a héliumatomok szénatomokká való egyesülése. A csillag fényessége a héliumvillanások révén meg-megemelkedik, majd le-lecsökken, s mindeközben az égitest ki-kitágul, majd újabb és újabb rétegeit dobja le magáról, így planetáris ködnek nevezett gázgömb jön létre körülötte. Majd miután a csillag már annyi tömeget veszít, hogy nem indulhat be újra a héliumfúzió, az égitest egy Föld méretű, de naptömegű fehér törpecsillaggá válik, melynek hőmérséklete és fényessége roppant lassan lecsökken, s végül fekete törpe lesz. Hasonló sors vár a hosszabb életű, kis tömegű csillagokra is. Ám a világegyetem 13,5 milliárd éve alatt még egyetlen fekete törpe sem jött létre…

Az óriáscsillagok magja esetében is – a hidrogénkészlet nagymértékű megcsappanása miatt – bekövetkezik a zsugorodás, a hatalmas mértékű gravitációs energiafelszabadulás, ezek héjában is fuzionálni kezdenek a hidrogénatomok, a csillag pedig felfújódik. Ám ezek az égitestek szuper­óriásokká fújódnak fel, melyek átmérője a napátmérő ezerszeresét is elérheti. A magban pedig az óriási gravitációs energia a hélium­atomokat is fúzióra kényszeríti, így szénatomok jönnek létre, ám a csillag és magja roppant tömege miatt a fúziós folyamatok itt még nem állnak le, hanem folytatódnak, s létrejönnek az oxigén-, a neon-, a szilícium-, majd végül a vasatomok. Ekkor azonban a fúzió leáll, az óriáscsillag gigászi tömege rázuhan a magra, mely hirtelen óriási mértékben felhevül, és szupernóva-robbanás következik be, mely szinte az egész csillagot szétveti, fénye pedig egy egész galaxis fényét is túlragyogja. Ebben a robbanásban jönnek létre a vasnál nehezebb elemek, melyek aztán beépülnek új, születő naprendszerek égitesteibe. Az óriáscsillagból pedig – tömegétől függően – vagy roppant sűrű anyagú neutroncsillag marad hátra, vagy fekete lyuk jön létre a helyén.

Lajos Mihály