VÖRÖS TÖRPE: FELFEDEZÉS, JELLEMZŐK, EVOLÚCIÓ, ÖSSZETÉTEL - ARTE - 2025

A vörös törpe egy kicsi, hűvös csillag, amelynek tömege a Nap tömegének 0,08 és 0,8-szorosa között van. Ezek a leggazdagabb és leghosszabb életű csillagok az univerzumban: az eddig ismertek legfeljebb háromnegyede. Kis fényerősségük miatt szabad szemmel nem figyelhetők meg, annak ellenére, hogy a Nap közelében sokan vannak: 30 közeli csillagból 20 vörös törpe.

A leginkább figyelemre méltó közelsége a Proxima Centauri, a Centaurus csillagképben, 4,2 fényévnyire. Ezt 1915-ben fedezte fel Robert Innes (1861–1933) skót csillagász.

1. ábra: A vörös törpe Proxima Centauri az Alpha Centauri csillagrendszer részét képezi a Centauri csillagképben. Forrás: ESA / Hubble és NASA a Wikimedia Commonson keresztül.

Mielőtt azonban felfedezték a Proxima Centauri-t, Joseph de Lalande (1732-1802) francia csillagász távcsője már megtalálta a Lalande 21185 vörös törpét az Ursa Major csillagképben.

A "vörös törpe" kifejezés a csillagok különféle osztályára vonatkozik, ideértve a K és M spektrumtípusú csillagokat, valamint a barna törpéket, a csillagokat, amelyek valójában nem ilyenek, mert soha nem voltak elegendő tömegük a reaktor elindításához. belső.

A spektrumtípusok a csillag felületi hőmérsékletének felelnek meg, és a fény nagyon jellegzetes vonalak sorozatára bomlik.

Például a K típusú spektrum hőmérséklete 5000 és 3500 K között van, és sárga-narancssárga csillagoknak felel meg, míg az M típus hőmérséklete kevesebb mint 3500 K, és vörös csillagok.

Napunk G típusú spektrumú, sárga színű, felületi hőmérséklete 5000 és 6000 K között van. Egy adott spektrumtípusú csillagoknak sok közös jellemzőjük van, ezek közül a meghatározó a tömeg. A csillag tömege szerint ugyanúgy fog alakulni.

A vörös törpék jellemzői

A vörös törpéknek vannak bizonyos tulajdonságai, amelyek megkülönböztetik őket. Néhányat már az elején megemlítettünk:

- Kis méret.

- Alacsony felületi hőmérséklet.

-Az anyag égési sebessége alacsony.

- Alacsony fényerősség.

Tömeg

A tömeg, mint mondtuk, a fő tulajdonság, amely meghatározza azt a kategóriát, amelyet egy csillag eléri. A vörös törpe annyira bőséges, hogy több kis tömegű csillag képződik, mint a hatalmas csillag.

Kíváncsi, de az alacsony tömegű csillagok kialakulásához szükséges idő hosszabb, mint a nagyon hatalmas csillagoké. Ezek sokkal gyorsabban növekednek, mert a közepén az anyagot tömörítő gravitációs erő annál nagyobb, annál nagyobb a tömeg.

És tudjuk, hogy egy bizonyos mennyiségű kritikus tömeg szükséges ahhoz, hogy a hőmérséklet megfelelő legyen a fúziós reakciók megindításához. Ilyen módon a csillag megkezdi felnőtt életét.

A Nap tízmillió évig telt el, míg egy ötször nagyobb csillag kevesebb, mint egy millió év szükséges, míg a legtömegebbek százezrekben ragyoghatnak.

Hőfok

A felület hőmérséklete, amint már említettük, egy másik fontos jellemző, amely meghatározza a vörös törpéket. Ennek 5000K-nál kevesebbnek, de legalább 2000K-nak kell lennie, különben túl hűvös ahhoz, hogy egy igazi csillag legyen.

A 2000 K alatti hőmérsékleten lévő csillagtárgyak nem tartalmazhatnak fúziós magot, és megszakított csillagok, amelyek soha nem érték el a kritikus tömeget: barna törpék.

A spektrális vonalak mélyebb elemzése biztosíthatja a különbséget a vörös törpe és a barna törpe között. Például a lítium bizonyítékai arra utalnak, hogy ez egy vörös törpe, de ha metán vagy ammónia, akkor valószínűleg egy barna törpe.

Spektrumtípusok és Hertzsprung-Russell diagram

A Hertzsprung-Russell diagram (HR diagram) egy grafikon, amely egy csillag jellemzőit és fejlődését mutatja a spektrális jellemzői szerint. Ez magában foglalja a felület hőmérsékletét, amely, mint már említettük, meghatározó tényező, valamint annak fényereje.

A gráfot alkotó változók a fényesség a függőleges tengelyen és az effektív hőmérséklet a vízszintes tengelyen. Az 1900-as évek elején önállóan, Ejnar Hertzsprung és Henry Russell csillagászok készítették.

2. ábra HR diagram, amely a vörös törpéket mutatja be a fő sorrendben, a jobb alsó sarokban. Forrás: Wikimedia Commons. AMI.

A csillagok spektrumuk szerint a Harvard spektrális osztályozása szerint vannak csoportosítva, és a csillag hőmérsékletét jelzik a következő betűsorban:

OBAFGKM

A legmelegebb O típusú csillagokkal kezdjük, míg a leghidegebbek az M típusúak. Az ábrán a spektrumtípusok a grafikon alján, a bal oldali kék színű sávban vannak, amíg el nem érik a jobbra piros.

Mindegyik típuson belül vannak variációk, mivel a spektrális vonalak eltérő intenzitással rendelkeznek, akkor mindegyik típust 10 alkategóriára osztják, 0-tól 9-ig jelölve. Minél alacsonyabb a szám, annál melegebb a csillag. Például a Nap G2 típusú, a Proxima Centauri pedig M6.

A gráf középső részét, amely durván átlósan fut, nevezzük a fő sorrendnek. A csillagok többsége ott van, de evolúciójuk miatt elhagyhatják őket, és más kategóriákba helyezhetik magukat, például egy vörös óriás vagy a fehér törpe. Minden a csillag tömegétől függ.

A vörös törpék élete mindig a fő sorrendben zajlik, és a spektrális típushoz hasonlóan nem minden M-osztályú törpe vörös törpe, bár a legtöbb ilyen. De ebben az osztályban vannak olyan szuper-csillagok, mint például Betelgeuse és Antares (a HR diagram jobb felső sarkában).

Evolúció

Bármely csillag élete a csillagközi anyag összeomlásával kezdődik, a gravitáció hatására. Ahogy az anyag agglutinál, gyorsabban és gyorsabban forog, és lemezekké süllyed, a szögmozgás megőrzésének köszönhetően. Középen van a protostár, az embrió úgymond a jövő csillagáról.

Az idő múlásával a hőmérséklet és a sűrűség növekszik, amíg el nem éri a kritikus tömeget, amelyben a fúziós reaktor megkezdi tevékenységét. Ez a csillag energiaforrása az eljövendő időben, és megköveteli a körülbelül 8 millió K belső hőmérsékletet.

A magban levő gyújtás stabilizálja a csillagot, mert ellensúlyozza a gravitációs erőt, és ezzel hidrosztatikus egyensúlyt teremt. Ehhez a Nap tömegének 0,01 és 100-szorosa közötti tömeg szükséges. Ha a tömeg nagyobb, akkor a túlmelegedés katasztrófát okozhat, amely elpusztítja a protosztárt.

3. ábra: Vörös törpében a hidrogénnek a magban történő fúziója kiegyensúlyozza a gravitációs erőt. Forrás: F. Zapata.

A fúziós reaktor elindítása és az egyensúly elérése után a csillagok a HR diagram fő sorozatába kerülnek. A vörös törpék nagyon lassan bocsátanak ki energiát, így hidrogénellátásuk hosszú ideig tart. A konverziós mechanizmus révén a vörös törpe energiát bocsát ki.

A hidrogén energia előállítását héliummá alakítják vörös törpékben proton-proton láncok segítségével, olyan sorrendben, amelyben az egyik hidrogénion összeolvad a másikkal. A hőmérséklet nagymértékben befolyásolja ennek a fúziónak a módját.

Miután a hidrogén kimerült, a csillag reaktorja nem működik, és megkezdődik a lassú hűtési folyamat.

Proton-proton lánc

Ez a reakció nagyon gyakori a csillagokhoz, amelyek éppen csatlakoztak a fő szekvenciához, valamint a vörös törpékhez. Így kezdődik:

¹ ₁ H + ¹ ₁ H → ² ₁ H + e ⁺ + ν

Ahol az e ⁺ pozitron, amely mindenben azonos az elektronral, azzal a különbséggel, hogy töltése pozitív, és ν egy neutrino, könnyű és megfoghatatlan részecske. A maga részéről ² ₁ H jelentése deutérium vagy nehéz hidrogén.

Akkor történik:

¹ ₁ H + ² ₁ H → ³ ₂ He + γ

Az utóbbiban γ egy fotont jelképez. Mindkét reakció kétszer fordul elő, azaz:

³ ₂ He + ³ ₂ He → ⁴ ₂ He + 2 (¹ ₁ H)

Hogyan generálja a csillag energiát ezzel? Nos, van egy kis különbség a reakciók tömegében, egy kis tömegveszteség, amelyet energiává alakítanak Einstein híres egyenlete szerint:

E = mc ²

Mivel ez a reakció számtalanszor megtörténik, hatalmas számú részecskével jár, az így nyert energia hatalmas. De ez nem az egyetlen reakció, amely egy csillag belsejében zajlik, bár ez a leggyakoribb a vörös törpéknél.

Egy csillag élettartama

A csillag élettartama a tömegétől is függ. A következő egyenlet egy becslés arra az időre:

T = M ^-2,5

Itt T az idő és M a tömeg. A nagybetűk használata az idő és a tömeg hatalmassága miatt megfelelő.

Egy olyan csillag, mint a Nap, körülbelül 10 milliárd évet él, de egy olyan csillag, amely a Nap tömegének 30-szorosa 30 millió évet él, egy másik, még hatalmasabb körülbelül 2 millió évig élhet. Akárhogy is, ez örökkévalóság az emberek számára.

A vörös törpék sokkal hosszabb ideig élnek, köszönhetően annak a szabadalomnak, amellyel elköltik nukleáris üzemanyagukat. Az idő szempontjából, amint azt tapasztaljuk, egy vörös törpe örökké tart, mert a hidrogén atommagból való kimerítéséhez szükséges idő meghaladja az Univerzum becsült életkorát.

Még egyetlen vörös törpe sem halt meg, tehát mindazok, amelyek feltételezhetők, mennyi ideig élnek és mi lesz a vége, az a modell modellek számítógépes szimulációja, amelyek a rájuk vonatkozó információkkal készültek.

E modellek szerint a tudósok azt jósolják, hogy amikor egy vörös törpe elfogy a hidrogénből, akkor kék törpévé válik.

Soha senki nem látott ilyen csillagot, de amint a hidrogén elhasználódik, a vörös törpe nem bontakozik ki egy vörös óriás csillaggá, mint ahogyan a Napunk egy napon eljön. Egyszerűen növeli radioaktivitását és ezzel felületi hőmérsékletét, kékre váltva.

Vörös törpék összetétele

A csillagok összetétele nagyon hasonló, nagyrészt hatalmas hidrogén- és héliumgolyók. Megtartják azokat az elemeket, amelyek jelen voltak az őket kiváltó gázban és porban, tehát tartalmaznak olyan elemek nyomait is, amelyeket az előző csillagok elősegítettek.

Ezért a vörös törpék összetétele hasonló a Napé, bár a spektrális vonalak a hőmérséklet miatt jelentősen különböznek. Tehát ha egy csillag gyenge hidrogénvonallal rendelkezik, ez nem azt jelenti, hogy hiányzik ez az elem.

A vörös törpékben vannak más nehezebb elemek nyomai is, amelyeket csillagászok "fémeknek" hívnak.

A csillagászatban ez a meghatározás nem egybeesik azzal, amit általában fémként értünk, mivel itt bármilyen elemre utal, kivéve a hidrogént és a héliumot.

Kiképzés

A csillagképződés folyamata összetett, és számos változó befolyásolja. Nagyon sok még ismeretlen ebben a folyamatban, de úgy gondolják, hogy minden csillag esetében azonos, mint az előző szakaszokban leírtuk.

A csillag méretét és színét, valamint annak hőmérsékletét meghatározó tényező az az anyagmennyiség, amelyet a gravitációs erőnek köszönhetően hozzá tud adni.

A csillagászokat aggódó és még tisztázandó kérdés az a tény, hogy a vörös törpék a hidrogénnél, a héliumnál és a lítiumnál nehezebb elemeket tartalmaznak.

Egyrészt a Nagyrobbanás elmélete azt jósolja, hogy az első kialakult csillagoknak csak a három legkönnyebb elemből kell állniuk. A vörös törpékben azonban nehéz elemeket fedeztek fel.

És ha még nem haltak meg vörös törpék, ez azt jelenti, hogy az első kialakult vörös törpéknek még mindig ott kell lenniük, és mindegyik könnyű elemekből áll.

Ezután a vörös törpék később is kialakulhatnak, mivel létrehozásukban nehéz elemek jelenléte szükséges. Vagy hogy vannak első generációs vörös törpék, de ilyen kicsi és ilyen alacsony fényerősséggel még nem fedezték fel őket.

Példák a vörös törpékre

Következő Centauri

4,2 fényév távolságban van, és tömege megegyezik a Nap egy nyolcadával, de 40-szer sűrűbb. A Proxima erős mágneses mezővel rendelkezik, így hajlamos a fáklyára.

A Proximának is van legalább egy ismert bolygója: a Proxima Centauri b-t, amelyet 2016-ban mutattak be. Úgy gondolják, hogy a csillag által gyakran kibocsátott fáklyákkal elmosta őket, így valószínűtlen, hogy életét kikötje, legalábbis nem hogy tudjuk, mivel a csillag emissziója röntgenfelvételeket tartalmaz.

Barnard csillaga

4. ábra: A méret, a Nap, Barnard csillag és a Jupiter bolygó összehasonlítása. Forrás: Wikimedia Commons.

Ez egy nagyon közeli vörös törpe, 5,9 fényév távolságban, amelynek fő jellemzője a nagy sebesség, kb. 90 km / s a ​​Nap irányában.

A távcsöveken keresztül látható, és mint a Proxima is, hajlamos a fáklyákra és a fáklyákra. Nemrégiben felfedezték egy bolygót, amely Barnard csillagán kering.

Teegarden Star

Ez a vörös törpe, a Nap tömegének mindössze 8% -át a Kos csillagképében tartja, és csak hatalmas távcsövekkel látható. A legközelebbi csillagok közé tartozik, körülbelül 12 fényév távolságban.

2002-ben fedezték fel, és amellett, hogy figyelemre méltó mozgásával rendelkezik, úgy tűnik, hogy bolygók vannak az úgynevezett lakhatósági övezetben.

Farkas 359

Változó vörös törpe a Leo csillagképben, és közel 8 fényév távol van a Napunktól. Mivel változó csillag, fényessége időről időre növekszik, bár fáklyái nem olyan intenzívek, mint a Proxima Centaurié.

Irodalom

1. Adams, F. Vörös törpék és a fő sorozat vége. Helyreállítva: astroscu.unam.mx.
2. Carroll, B. Bevezetés a modern asztrofizikába. 2.. Kiadás. Pearson.
3. Világegyetem. Vörös törpék. Helyreállítva: astronomy.swin.edu.au.
4. Martínez, D. A csillagok evolúciója. Helyreállítva: Google Könyvek.
5. Taylor, N. Vörös törpék: A leggyakoribb és leghosszabb életű csillagok. Helyreállítva: space.com.
6. Fraknoi, A. A csillagok spektruma (és a barna törpék). Helyreállítva: fiz.libretexts.org.