Astronomická společnost Chomutov

                                                                               ^{další články               +}      

kosmologie

přidáno  29.04.2020

Hvězdné životy

Gravitace je velký tvůrce, ale také velký ničitel. Život hvězdy je vlastně neustálý boj mezi gravitačním tlakem, který se snaží hvězdu rozdrtit a mezi termojaderným slučováním, které dokáže dočasně udržet gravitační tlak na uzdě. Termojaderé slučování vytváří ve svém jádru teplo, které tlačí proti směru gravitačního tlaku. Hvězda vytváří své teplo spalováním chemických prvků. Během éry reionizace se zrodily první hvězdy a rodily se dál a dál a také zanikaly. Tento proces trvá dodnes a jistě bude ještě pěkně dlouho probíhat. O prvních hvězdách se domníváme, že byly extrémně hmotné (mnohonásobek našeho slunce).

Slučovací reakce v jádru hvězd jsou možné díky obrovskému gravitačnímu tlaku, který vzniká, když hmota vyšších vrstev hvězdy tlačí na její jádro. A čím větší hvězda, tím rychleji "shoří". Čím více je hvězdné hmoty, tím větší gravitační tlak působí na jádro a tím prudčeji musí spalovat, aby vytvořila teplo nutné k odolání drtivé gravitační síly. A první hvězdy byly opravdu veliké. Ty neměly dlouhé "životy", pouze několik milónů let. Naše slunce je proti nim maličké, zato hoří už 4,6 miliardy let a má za sebou asi teprve polovinu svého života. Ať už hoří hvězda pár set tisíc let, nebo miliardy let, každé hvězdě palivo jednou dojde.

První hvězdy měly palivo pouze vodík a helium. Když hvězda vyčerpá svůj vodík, jaderné slučování uvnitř jejího jádra se zastaví. Bez tlaku směřujícího z jádra ven, tvořeného teplem ze středu hvězdy, se naruší jemná rovnováha vnitřního tepelného tlaku. A gravitace, protože není nic, co by stačování zadržovalo, tlačí všechnu hmotu opět k jádru, takže jádro se silou vlastní gravitace hroutí. Zatímco se hroutí, vzrůstá tlak v jádru a to se začne opět zahřívat. Teplota překoná hranici 15 miliónů °C, za níž probíhala vodíkové slučování a stále stoupá, protože už žádný vodík nezbyl. Jádro houstne a houstne a teplota jádra roste, dokud nedosáhne hranice 100 miliónů °C. To je teplota potřebná k jadernému slučování helia. V této etapě jaderných reakcí jsou jádra helia-4 slepena k sobě a vytvářejí těžší prvky, jejichž jádra obsahují násobky čtyř protonů a neutronů a skončíme u takových prvků, jako je uhlík-12 a kyslík-16. Slučování helia je ovšem daleko složitější, než slučování vodíku. Ale vesmír si poradil i s tím (podrobnosti přeskakuji ... hi hi hi).

Hvězdy nakonec vyčerpají i své zásoby helia a slučování znovu ustane. Nechá po sobě tenkou slupku nespáleného helia, kolem které bude také tenká vrstva nespáleného vodíku. Jádro se znovu začne smršťovat a bude se víc a víc zahřívat, až dosáhne teploty 600 miliónů °C, při které je možné slučování uhlíku. V této fázi se slučují dvě jádra uhlíku-12 a vytvářejí jádra těžších prvků, jakým je hořčík-24. Teplo z posledního kola slučování stabilizuje jádro a znovu zadržuje jeho hroucení. Jenže i zásoby uhlíku jednou dojdou a proces hroucení, usazování slupky nespáleného paliva, ohřívání a zažehnutí slučování začne znovu. Každý další stupeň slučování vyžaduje vyšší teplotu a postupně vytváří těžší a těžší prvky až po železo-56, ale tady se, jak se říká, ucho utrhne.

Jádro železa-56 je na špici jaderné stability, žádný další prvek není tak stabilní. Obvykle považujeme stabilitu za dobrou věc. Jenže pro hvězdy je stabilita železa předzvěství jejich zániku. Protože je tak stabilní, nemá železo-56 stejnou touhu po slučování. Takže jediný způsob jak vyrobit těžší prvek spočívá v dodání většího množství energie, než by se mohlo při reakci uvolnit. Slučování v jádru proto pohasne, avšak tentokrát se už znovu nerozhoří. Hvězda vyčerpala všechny možnosti a její osud je zpečetěn.

V tuto chvíli hynou i ty největší hvězdy. Nejdříve se zhroutí a pak vybuchnou jako supernova. A jen u těch opravdu masivních hvězd je gravitační tlak dostatečně silný na to, aby stlačil jádro až do této fáze. Hvězdy menších velikostí se vyhnou takovým smrtelným cyklům dlouho ppředtím. Například naše slunce má hmotnost pouze na to, aby dotáhlo do konce slučování helia. Odhodí pak své plynné vnější vrstvy a zbytek věčnosti stráví jako pomalu chladnoucí uhlíková koule asi tak o velikosti naší zeměkoule. Takový hvězdný pozůstatek nazýváme bílý trpaslík (je to vlastně gigantický diamant o hmotnosti slunce).

Když se slučování po výrobě železa zastaví, jádro nadále neudrží samo sebe a zhroutí se tak prudce, že ostatní materiál nestačí reagovat a zůstane viset v prázdném prostoru. Hvězdný materiál vlivem gravitace klesá směrem k jádru. Ve stejnou chvíli uvolní jádro obrovskou vlnu gravitační energie a ta se srazí s padající hmotou. Tam, kde se srazí, je hmota nepředstavitelně horká a stlačená. Vytvoří rázovou vlnu, ve které panují tak extrémní podmínky, že některá jádra budou roztrhána na kusy, tím vzniknou vysoce energetické neutrony, kterými jsou bombardovány ostatní jádra. Tyto neutrony jsou nuceny se slučovat s těžkými jádry a vytvářet prvky těžší než železo. Většinou jde o nestabilní radioaktivní prvky, jako je uran a ty se budou rozpadat a vzniknou z nich i takové prvky, jako je třeba zlato.

Jak rázová vlna prochází zbývajícím hvězdným materiálem, tak to celé odpálí do prostoru. A kolem jádra vzniknou rozlehlé oblaky vodíku, helia, uhlíku, kyslíku, železa, zlata ... a všechno ostatní, co hvězda za svůj život navařila. Těmto mračnám obohaceného hvězdného materiálu se říká pozůstatky supernovy. Nakonec se mračna zhroutí, aby z nich vznikala další generace hvězd.

Po těchto proměnách hvězd vznikem těžkých prvků se vytvořil základ i k tvoření planet. No a v jedné galaxii nazývané mléčná se zrodilo naše slunce a ta si "přitáhla" materiál na tvorbu sluneční soustavy a na jedné její planetě vznikl inteligentní život a také my, astříci, kteří se dnes ptají, jak to všechno vzniklo.

A zazvonil zvonec a pohádky je konec ... che che che