Dyskusja wikipedysty:Tomekg.966/Kosmos/Śmierć gwiazdy

Olbrzymy

Przez większość swojego życia gwiazdy produkują energię w termojądrowych reakcjach spalania wodoru w jądrze, znajdując się przez to w stanie równowagi hydrostatycznej. Wtedy ciśnienie gazu gwiazdy równoważy jej siłę grawitacji i przez to gwiazda nie ulega ani rozpadnięciu ani zapadnięciu się. Podczas spalania wodoru powstaje hel, który po wyczerpaniu się wodoru w gwieździe przejmuje jego funkcje i sam ulega przemianie w cięższe pierwiastki, wytwarzając energię. Jednakże spalania innych substancji, niż wodór powoduje powstawanie innych ilości energii, co zaburza stan równowagi i powoduje, iż ciśnienie gazu staje się silniejsze niż siła grawitacji, przez co gwiazda zaczyna znacznie zwiększać swoje rozmiary, stając się tzw. olbrzymem. Dalsza ewolucja gwiazdy zależy od jej masy z czasów, sprzed stania się olbrzymem.

Dalsza ewolucja gwiazd

Gwiazdy o masie porównywalnej z masą Słońca

Gwiazdy o masie porównywalnej do masy Słońca zaczynają kurczyć się, gdy wypali się hel, wtedy bowiem ciśnienie gazu gwałtownie spada i grawitacja powoduje zmniejszanie rozmiarów gwiazdy, następnie zaś oddziałując na jądro powoduje jego zapadnięcie się, w skutek czego pozostałe warstwy zostają odrzucone, tworząc wielkie obłoki gazów wokół gwiazdy, tworząc sferyczną mgławicę planetarną. Zapadnięte jądro gwiazdy, znajdujące się w centrum mgławicy nazywane jest białym karłem. Jest to mały obiekt, o wielkości podobnej do rozmiarów Ziemi, jednak o znacznie większej masie, której górna granica to 1,4 masy Słońca. Gęstość białych karów jest bardzo duża: przedmiot zbudowany z jego materii o wielkości kostki cukru ważyłby więcej niż samochód osobowy! Białe karły stygną przez miliardy lat, aż wreszcie gasną, choć istnieją dalej jako ciemne, nie wydzielające energii kule niezwykle gęstej materii. Obecnie Wszechświat jest zbyt młody aby mógł powstać czarny karzeł, bo tak nazywane są te hipotetyczne obiekty. W przypadku kiedy jedna z gwiazd układu podwójnego stanie się białym karłem, a druga jest odpowiednio blisko owy biały karzeł zaczyna przechwytywać materię sąsiedniej gwiazdy, która uderza w jego powierzchnię powodując potężne wybuchy.

Gwiazdy przynajmniej ośmiokrotnie masywniejsze od Słońca

Wybuchy supernowych, gwiazdy neutronowe i pulsary

U obiektów, których masa przynajmniej ośmiokrotnie przewyższam masę Słońca wypalenie się helu nie oznacza końca ich ewolucji, bowiem gaz ten zaczyna przemieniać się w coraz cięższe pierwiastki, powodując powstawanie kolejnych warstw gwiazd w ich wnętrzu, w końcu zaś powstanie masywnego, żelaznego jądra. Kiedy powstające pierwiastki stają się odpowiednio ciężkie ich spalanie nie dostarcza już energii, w skutek czego równowaga gwiazdy zostaje zachwiana i grawitacja ściąga zewnętrzne gwiazdy do jądra. Materia uderza w żelazne jądro, odbija się odeń i z ogromną prędkością zostaje odrzucona na zewnątrz. Takie zjawisko nazywamy wybuchem supernowej. Wystrzelona materia tworzy wielkie obłoki gazów, mgławice. Po wybuchu supernowej pozostaje jedynie niewielkie, ale masywne jądro - gwiazda neutronowa. Obiekty te o średnicy 10 - 15 km mają niezwykle wielką masę, od 1,4 do 2,5 mas Słońca. Z powodu niezwykle dużej gęstości jedna łyżeczka materii tej gwiazdy ważyłaby kilka mln ton. W gwiazdach neutronowych protony i elektrony są tak gęsto upakowany, że tworzą neutrony, stąd nazwa tych kosmicznych obiektów.
Gwałtowny wzrost prędkości rotacji i pola magnetycznego gwiazd neutronowych może spowodować, iż powstanie tzw. pulsar. Aby wyjaśnić zasadę działania tej zdegradowanej gwiazdy można porównać ją do latarni morskiej. Większość pulsarów posiada na swojej powierzchni dwie plamy, z których emitowane jest promieniowanie (głównie fale radiowe). Wskutek obrotu gwiazdy stożki promieniowania - podobnie jak wiązki światła wysyłane z latarni - omiatają przestrzeń. Do Ziemi docierają regularne sygnały wysyłane z pulsarów, przybywające najczęściej w bardzo krótkich odstępach czasu, nierzadko poniżej 1 sekundy.

Czarne dziury

Kiedy masa jądra jest dostatecznie duża zapadanie nie kończy się na stadium gwiazdy neutronowej i postępuje dalej, by w końcu osiągnąć fazę czarnej dziury. Jest to obiekt o tak wielkiej grawitacji, że żadna znana forma energii ani materii nie może opuścić jego pola grawitacyjnego, przez co czarnych dziur nie da się zobaczyć wprost, jednak możliwe jest potwierdzenia istnienia tych zagadkowych obiektów poprzez obserwacje materii wokół nich. Czarne dziury istnieją często w jądrach galaktyk, przypuszcza się nawet, że jedna z nich istnieje w jądrze Drogi Mlecznej. Jądro naszej galaktyki to tzw. Sagittarius A (Sgr A), silne źródło radiowe, którego struktura jest dość złożona. Można w nim wyodrębnić pozostałości po supernowej oraz strukturę spiralną, lecz większość masy Sgr A skupiona jest w hipotetycznej supermasywnej czarnej dziurze, której istnienie sugerują obserwacje gwiazd w okolicach centrum galaktyki.

Gwiazdy neutronowe powstają albo podczas supernowej albo podczas zapadnięcia się białego karła, z tym, że gwiazda, która przekształca się w gwiazdę neutronową musi mieć dość dużą masę (ok. 8 - 10 mas Słońca). Zarówno gdy gwiazda neutronowa powstaje podczas supernowej jak i kolapsu białego karła ogromne ciśnienie sprawia, że wszystkie jądra atomowe i elektrony łączą się z protonami, tworząc gwiazdę neutronową, składającą się głównie z bardzo ciasno ułożonych neutronów. Gęstość materii tejże gwiazdy wynosi ok. 10.000.000.000.000 g/cm3.

Gwiazdy neutronowe choć mają bardzo duże masy na skutek ich ogromnych gęstości zajmują jak na gwiazdy ogromnie małe przestrzenie, średnie ich średnica wynosi ok. 10 km, zatem te ciało niebieskie zmieściłoby się w granicach średniego miasta. Gazowa kula obraca się wokół własnej osi bardzo szybko, wykonując nawet jeden obrót na sekundę, wysyłając przy tym niczym latarnia morska z dwóch stałych, przeciwległych obszarów wiązki promieniowania, powstałego na skutek neutronizacji materii, tj. łączenia się jąder atomowych i elektronów z protonami.

Gwiazdy neutronowe ściskane przez swoją ogromną grawitację nie zapadają się jedynie dlatego, że nie dopuszcza do tego przeciwdziałające grawitacji wewnętrzne ciśnienie.