[Al_Ganonim]

Hej Astromirki,

Z przyjemnością przedstawiam Wam kolejny odcinek dwutygodnika astronomicznego #astronomiaodkuchni! Tak jak zapowiadałem, dziś napiszę o obiektach, które aspirują do bycia prawdziwą gwiazdą.

W poniższym tekście zapoznam Was z młodymi gwiazdami, protowiazdami, brązowymi karłami, a także... z przerośniętymi planetami. Podróż zaczniemy od mgławic, które są gwiazdowym żłobkiem. Następnie, wspólnie przejdziemy przez różne stadia protogwiazdowego rozwoju i przedstawię Wam kilka znanych obiektów, które dopiero stają się gwiazdami. Wpis zakończymy wtargnięciem na grząski teren: zestawimy ze sobą brązowe karły i planety. Zapnijcie pasy ;). Startujemy.

I - Na początku był Obłok

Wszystkie obiekty w Galaktyce, które wymarzyły sobie zostać gwiazdą, rozpoczynają wędrówkę z podobnego miejsca: z obłoku molekularnego. Ośrodek międzygwiazdowy, czyli to, co siedzi w Galaktyce między gwiazdami i obłokami, jest niezwykle rzadki. W każdym centymetrze sześciennym siedzi statystycznie pół atomu wodoru (czyli pół protonu i pół elektronu). Gdyby wziąć wiaderko ośrodka międzygwiazdowego, to siedziałoby w nim jakieś 30'000 atomów wodoru. Czy to dużo? Jeden gram pomieści około 600'000'000'000'000'000'000'000 atomów wodoru. W samej sferze o promieniu Ziemi zbierze się mniej niż 2 kilogramy wodoru z ośrodka międzygwiazdowego! Można więc taki ośrodek międzygwiazdowy uważać za całkiem niezłą próżnię. W taki rozrzedzonym ośrodku międzygwiazdowym znajdują się gęstsze wyspy materii: obłoki wodoru neutralnego, zjonizowanego oraz obłoki molekularne (jakieś 1000 cząstek wodoru na centymetr sześcienny). Te ostatnie są dziś szczególnie interesujące, bowiem to w nich dochodzi do produkcji gwiazd.

Obłok molekularny krążyłyby sobie spokojnie po galaktyce, nikomu nie wadząc, gdyby nie sir James Jeans. Brytyjski astronom na początku XX wieku pokazał, że jeśli w odpowiednio dużej objętości zmieści się dostatecznie dużo masy obłoku molekularnego, to ta część obłoku zacznie się grawitacyjnie zapadać. To miał być pierwszy krok do formowania się gwiazd. Obłoki molekularne nie miały wiele do dodania i do dziś z szacunku do Sir Jeansa poddają się jego prawu. W astronomii operujemy teraz takimi wielkościami jak: masa Jeansa lub długość Jeansa, które wyznaczają górną granicę wymiarów stabilnego obłoku molekularnego. Wszystko powyżej długości lub masy Jeansa zacznie się w sobie grawitacyjnie zapadać. Mniej więcej. Sir Jeans wyliczył to dla obłoków izolowanych od wszystkiego dookoła, co jest zupełnie nierealne. Niemniej, w pewnym przybliżeniu, jego prawo działa. Czyli zakładamy nieco nierealne warunki, aplikujemy do... realnych warunków i mamy realne wyniki. W półświatku astronomicznym nazywamy to szwindlem Jeansa. My astronomy nazywamy wszystko otwarcie, po imieniu. A co. Działa.

Obłoki molekularne są duże. Zajmują kilkanaście, a nawet kilkaset lat świetlnych. Ich temperatura wynosi jakieś 10 Kelwinów (-263 stopnie Celsjusza)i składają się z molekuł (jak nazwa wskazuje). Najwięcej jest tam cząsteczek wodoru (H2). W dzisiejszym Wszechświecie znajdziemy tam też cząsteczki CO oraz sporo innych. Jeśli fragment takiego obłoku ulegnie zagęszczeniu, to zacznie on podlegać prawu Jeansa i grawitacja rozpocznie bezlitosny kolaps. Fragment obłoku zacznie się sam w sobie zapadać, gęstniejąc i gęstniejąc. Coś takiego ma typowo miejsce, gdy obłok molekularny wdryfuje na ramię spiralne galaktyki. Zaczyna się produkcja protogwiazd.

II - Przez trud do gwiazd

Fragment obłoku molekularnego zapada się grawitacyjnie, przez co jego gęstość i temperatura rosną. To jest pierwszy etap powstawania gwiazdy. Jeśli uzbiera się odpowiednia ilość materii, w ostatecznym rozrachunku będziemy mieli gwiazdę. Jeśli nie... To powstanie coś, co dziś nazywamy brązowym karłem. W każdym razie, droga rozwoju na tym etapie jest podobna: w obłoku molekularnym formuje się molekularny rdzeń, na który opada coraz więcej okolicznej masy. W trakcie grawitacyjnego kolapsu rdzeń się zagęszcza, przez co rośnie jego temperatura. W tym samym czasie opada jeszcze wiecej materii, więc kolaps przyspiesza i produkcja energi wzrasta coraz szybciej. Rdzeń w krótkim czasie staje się w pełni konwektywny, a cała energia nagromadzona przez grawitacyjny kolaps oddawana jest przez mieszanie się wewnętrznych warstw materii i wyświecana dookoła w postaci ciepła. Kiedy rdzeń posiądzie już temperaturę powierzchniową między 1'500-2'500 Kelwinów, cały obiekt może być śmiało nazwany protogwiazdą. Protogwiazdy podążają Ścieżką Hayashiego_.

Ścieżka Hayashiego to etap, w którym protogwiazda zapada się grawitacyjnie, ale utrzymuje stałą temperaturę powierzchniową. W tym czasie temperatura wewnątrz protogwiazdy sięga miliona kelwinów, a to umożliwia jej syntezę helu z deuteru. **Protogwiazdy spalają deuter**. Co więcej, po osiągnięciu pewnej temperatury, protogwiazdy zużywają też lit, z którego powstaje jeszcze więcej helu. Z czasem, wewnątrz protogwiazdy zaczyna panować taka temperatura i ciśnienie, że w jej środku formuje się promienisty rdzeń. Wraz z jego się pojawieniem, protogwiazda kurczy się coraz wolniej, a jej powierzchnia staje się coraz gorętsza. Ten etap nazywany jest ścieżką Henyeya. Wraz z jego ukończeniem, osiągając w rdzeniu temperaturę kilku milionów Kelwinów, obiekt posiada wystarczające warunku do spalania jąder wodoru i produkcji helu. Ten moment to narodziny gwiazdy.

Rozwój protogwiazdy zależy niemal wyłącznie od jej masy. Protogwiazda o masie podobnej do Słońca będzie formowała się przez kilkadziesiąt milionów lat, przy czym na ścieżce Hayashiego spędzi zaledwie kilkanaście tysięcy lat. Protogwiazda o masie kilkunastu mas Słońca uformuje się w gwiazdę w ciągu najwyżej miliona lat, a po drodze nawet nie zdąży spalić deuteru i litu. Z kolei protogwiazdy o masach mniejszych od połowy masy Słońca, nigdy nie wytworzą rdzenia promienistego, spalą cały deuter, cały lit i w ciągu stu milionów lat rozpoczną spalanie wodoru jako normalne, mało masywne gwiazdy (zwane czerwonymi karłami).

III - Niby gwiazdy, ale nie gwiazdy

Często, ze względu na brak ujednoliconej nomenklatury, ciężko jest obracać się w literaturze astronomicznej. Najlepszym przykładem są "gwiazdy" typu T Tauri. Gdziekolwiek nie sięgniecie, będą one nazywane gwiazdami i jednocześnie... Protogwiazdami. Wzięło się to stąd, że zanim się zorientowaliśmy, że te obiekty są protogwiazdami, widzieliśmy w nich zwykłe gwiazdy. Obserwując je przez różne teleskopy, na przykład przez Hubble'a, dostrzegamy gęste dyski materii, które, w przyszłości, staną się planetami okrążającymi te, w przyszłości, gwiazdy. Gwiazdy typu T Tauri mają masy od połowy do około dwóch mas Słońca. Cięższe obiekty nazwane zostały gwiazdami Herbiga typu Ae lub Be. Chociaż i one są zaledwie protogwiazdami.

Innym, jeszcze ciekawszym tworem, są tzw. Obiekty Herbiga-Haro, które w skrócie nazywamy obiektami H-H, to pozornie dziwaczne kłębki obłoków molekularnych, z których wystają strugi materii. Od jakiegoś czasu już wiemy, że w tych kłębkach obłoków skryte są pojedyncze protogwiazdy o silnym polu magnetycznym, na które opada materia dookoła. Gwiazda nie jest w stanie przyjąć całej opadającej materii, więc z pomocą pola magnetycznego wystrzeliwuje ze swoich biegunów strugi materii. Obiekty H-H wyglądają jak miniaturowe radiogalaktyki!

IV - Brązowe karły: protogwiazdy, którym nie wyszło

Jeśli protogwiazda nie zebrała co najmniej 0.072 masy Słońca, nigdy nie będzie jej dane rozpocząć przemiany wodoru w hel. Nigdy nie będzie gwiazdą. Taki obiekt proto-gwiazdowy nazywany jest brązowym karłem. Mogą one przeprowadzać syntezę termojądrową deuteru, litu, ale nie wodoru. Te dwie pierwsze wystarczą im na około 100 milionów lat biednego świecenia. Po tym czasie, jedynym źródłem energii będzie ciepło z ciśnienia grawitacyjnego nagromadzone w czasie tworzenia się protogwiazdy. Co ciekawe, brązowe karły zawsze mają podobny rozmiar: bez względu na masę, są tylko nieco większe od Jowisza i nigdy bardziej nie urosną. Mechanizm, który za tym stoi, związany jest z zakazem Pauliego i gęsto upakowanymi elektronami.

Ciężko jest rozróżnić brązowego karła od masywnej planety. W literaturze znajdziemy planety pozasłoneczne o masach sięgających kilkunastu mas Jowisza oraz brązowe karły o masie zaledwie kilku Jowiszów. Co w takim razie stanowi o nazewnictwie?

Po pierwsze, masa. Gwiazdy to obiekty o masie pozwalającej na spalanie wodoru (od 75 mas Jowisza). Logiczne więc będzie, że niedoszłe gwiazdy, czyli brązowe karły, to te obiekty, które już potrafią spalać cokolwiek (deuter najprościej). Ta graniczna masa potrzebna do zebrania żeby spalać deuter, to 13 mas Jowisza. To bardzo kuszące, żeby wszystko, co ma masę pomiędzy 13 a 75 mas Jowisza nazywać brązowym karłem.

Z drugiej strony, protogwiazdy mogą tworzyć się samodzielnie, z autonomicznych zapadających się fragmentów obłoków molekularnych. Planety, z tego co nam wiadomo, mogą być uformowane wyłącznie w warunkach panujących w dyskach protoplanetarnych znajdujących się wokół młodych gwiazd i protogwiazd. Nie wiemy dokładnie, jak tworzą się planety, ale znamy dwa procesy, które mogą prowadzić do ich formacji: miejscowe, grawitacyjne zapadanie się małych obszarów dysku (niestabilność dysku) oraz wzajemne oddziaływanie grawitacyjne drobinek (akrecja). Ten pierwszy proces jest bardzo podobny do genezy protogwiazd. Czy jest prawdziwy? Jeszcze nie wiemy na 100%. Poza tym, planeta z definicji jest takim ciałem niebieskim, które okrąża gwiazdę. To automatycznie skreśla brązowe karły, które się uformowały samodzielnie, ale mają masę poniżej 13 mas Jowisza, z listy planet.

Pozostajemy z problemem: czy gwiazdy i masywne planety to, w esencji, te same obiekty, tylko o różnych masach początkowych? A może są to obiekty o zupełnie różnej naturze, a rozdzielanie ich po masie nie ma sensu? Ja osobiście skłaniam się ku pierwszemu rozwiązaniu, bo znamy brązowe karły ciasno krążące wokół innych gwiazd, co mi sugeruje, że zostały one uformowane w dysku protoplanetarnym. Jako że nie jestem specjalistą w dziedzinie brązowych karłów, nie będę forsował żadnego rozwiązania. Niech zajmą się tym odpowiedni ludzie.

--------------------------------------------------------------------------
Takie rzeczy tylko w #astronomiaodkuchni ( ͡° ͜ʖ ͡°)ﾉ⌐■-■
--------------------------------------------------------------------------
Na obrazku: Mgławica M42 w Orionie, gwiazdowy żłobek, który w zimie jest widoczny gołym okiem
--------------------------------------------------------------------------
O czym będzie następny odcinek? Decyzja należy do Ciebie! Zagłosuj na jeden z trzech tematów poniżej plusując!
--------------------------------------------------------------------------
#astronomia #kosmos #ciekawostki #mirkokosmos #liganauki #ligamozgow

[Al_Ganonim]

1. Drabina odległości
(skąd wiemy, że coś jest daleko?)

[Al_Ganonim]

2. Czarne dziury i wirująca czasoprzestrzeń
(o wyciąganiu energii wiaderkiem z czarnych dziur)

[Al_Ganonim]

3. Odwiedziny na planetach pozasłonecznych
(skąd wiemy, co się znajduje na Drugiej Ziemi?)

[aloalo83]

@Al_Ganonim

[k.....t]

@Al_Ganonim: Jak zwykle mega wpis. Dzięki!

[flager]

Gwiazda nie jest w stanie przyjąć całej opadającej materii, więc z pomocą pola magnetycznego wystrzeliwuje ze swoich biegunów strugi materii.

@Al_Ganonim: Dlaczego gwiazda nie może przyjąć całej opadającej materii? Zawsze myślałem, że każdy obiekt zmierzający w kierunku gwiazdy jest przez nią wchłaniany.

[pp14sr]

@Al_Ganonim: wszystko ładnie, a skąd się w ogóle wziął ten wodór? I 2gie pytanie, czy jest możliwość, że za miliardy, miliardy lat tego wodoru na nowe gwiazdy po prostu zabraknie?

[behereit]

@Al_Ganonim: świetny wpis :) a co do trzech tematów to zaplusowałem każdy bo wszystkie zapowiadają się ciekawie :)

[flager]

@pp14sr: Wodór wziął się z wielkiego wybuchu. To właśnie głównie ten pierwiastek powstał podczas tego zdarzenia.

[Fallenzgr]

@Al_Ganonim: dziękujemy!

[Al_Ganonim]

@flager: Bardzo dobre pytanie.
Zobacz na obrazek poniżej. Materia w obiektach przed-gwiazdowych opada na nie podobnie do wodospadu w pobliżu biegunów gwiazdy. Taki ruch materii jest wymuszony przez silne pole magnetyczne protogwiazdy. Materia opadając na wybrane fragmenty obiektu podgrzewa go, a powstała energia odpycha część opadającej materii od gwiazdy. Dodatkowo, w tym stadium materia spływając na protogwiazdę uderza w nią zamiast powoli opadać. W miejscu uderzenia część materii odbija się. Odepchnięte

[p.....r]

Beka z takich planet jak Jowisz "o jaki #!$%@? będę wielka gwiazda" elo, elo drugie Słońce, albo inny Altair, czy Vega. A nie mają nawet tyle wodoru, żeby być brązowymi karłami. Przede wszystkim zwiększ masę cioto.

[Kukabura]

@Al_Ganonim: Pytanie: Na cykl wodorowy gwiazdy składa się kilka reakcji, czy żadna z nich nie nastąpi w wnętrzu karła czy może po prostu wypada jedno ogniwo łańcucha?
Swoją droga chętnie bym poczytał dobry wykład o typach spektralnych gwiazd:P R136a1 <3

[Al_Ganonim]

@Kukabura: Pytanie jak strzał w dziesiątkę ;). W brązowych karłach następuje spalanie deuteru, które polega na przechwyceniu przez jądro deuteru jednego protonu. W efekcie powstaje jądro helu 3. To jest dokładnie drugi etap w cyklu p-p!

A co do typów spektralnych: ciekawa propozycja. Dopiszę do listy tematów :). Dzięki!

[Querios]

@Al_Ganonim: Co stoi za tym że obiekty H-H nie mogą przyjąć całej opadającej materii?

[Al_Ganonim]

@Querios: jeden z najbardziej prawdopodobnych scenariuszy opisałem dwa komentarze wyżej.

[DarkSajt]

Zrobię sobie kawę i zasiądę do lektury ;)

[Zhai]

@Al_Ganonim: Spoko tekst, ale przyczepię się do dwóch rzeczy:

Jeden gram pomieści około 600'000'000'000'000'000'000'000 atomów wodoru

Gram nie jest jednostka objętości. O wiele lepszym zdaniem byłoby:Dla porównania - 600'000'000'000'000'000'000'000 atomów wodoru ma masę równą zaledwie 2 gramom!

To jest pierwszy etap powstawania gwiazdy. Jeśli uzbiera się odpowiednia ilość materii, w ostatecznym rozrachunku będziemy mieli gwiazdę. Jeśli nie... To powstanie coś, co dziś nazywamy brązowym karłem.

To wtrącenie dałbym na koniec

[raFFcio]

@Al_Ganonim: Ja miałbym sugestię/prośbę dotyczącą ostatnich tematów. Wiem, że istnieją różne typy gwiazd i obiektów które w gwiazdy się zamienią lub z gwiazd powstały. Wiem, że gwiazdy świecą różnymi kolorami (w różnych przedziałach fal EM). Czy nie miałbyś jakiegoś grafu z szeregiem gwiezdnym albo czymś takim? Z zaznaczonymi drogami rozwoju itp?

Czy będzie jeszcze kiedyś grill w obserwatorium? Strasznie się napaliłem na ten wtorek, a okazało się, że z delegacji wysiadłem