Stjärnor – definition, kärnfusion och stjärnornas livscykel

Den stjärna som är närmast jorden är solen. Energin från solen stöder nästan allt liv på jorden genom att ge ljus till växter. Växterna omvandlar ljuset till energi i en process som kallas fotosyntes. Energin från solen orsakar också väder och luftfuktighet på jorden.

Vi kan se andra stjärnor på natthimlen när solen går ner. Precis som solen består de mestadels av väte och lite helium samt andra grundämnen. Astronomer jämför ofta dessa andra stjärnor med solen. Deras massa anges till exempel i solmassor. En liten stjärna kan vara 0,2 solmassor, en stor stjärna 4,0 solmassor.

Jorden och andra planeter rör sig runt solen. Solen och allt som kretsar kring solen kallas solsystemet. Många andra stjärnor har planeter som kretsar runt dem: dessa planeter kallas exoplaneter. Om du befann dig på en exoplanet skulle vår sol se ut som en stjärna på himlen, men du skulle inte kunna se jorden eftersom den skulle vara för långt borta.

Proxima Centauri är den stjärna som ligger närmast vår sol. Den är 39,9 biljoner kilometer bort. Det är 4,2 ljusår bort. Det betyder att ljuset från Proxima Centauri tar 4,2 år att nå jorden.

Astronomer tror att det finns ett mycket stort antal stjärnor i universum. Det observerbara universum innehåller mer än 2 biljoner (10¹² ) galaxer och totalt sett uppskattningsvis så många som 1×10²⁴ stjärnor (fler stjärnor än alla sandkorn på jorden). Det vill säga 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 stjärnor, vilket är många gånger fler än de några hundra miljarder stjärnor som finns i Vintergatan (vår galax).

De flesta stjärnor är mycket gamla. De anses vanligtvis vara mellan 1 och 10 miljarder år gamla. De äldsta stjärnorna är 13,7 miljarder år gamla. Det är lika gammalt som universum. Vissa unga stjärnor är bara några miljoner år gamla. Unga stjärnor är oftast ljusare än gamla stjärnor.

Stjärnorna är olika stora. De minsta stjärnorna är neutronstjärnor, som egentligen är döda stjärnor. De är inte större än en stad. En neutronstjärna har en stor mängd massa på ett mycket litet utrymme.

Hypergigantiska stjärnor är de största stjärnorna i universum. De har en diameter som är över 1 500 gånger större än solens. Om solen var en hypergigantstjärna skulle den sträcka sig så långt som Jupiter.

Stjärnan Betelgeuse är en röd superjätte. Även om dessa stjärnor är mycket stora har de också låg densitet.

Vissa stjärnor ser ljusare ut än andra stjärnor. Skillnaden mäts i form av synlig magnitud. Det finns två anledningar till att stjärnor har olika skenbar magnitud. Om en stjärna är mycket nära oss kommer den att verka mycket ljusare. Det är precis som med ett ljus. Ett ljus som är nära oss verkar ljusare. Den andra anledningen till att en stjärna kan verka ljusare är att den är varmare än en annan kallare stjärna.

Stjärnor avger ljus, men också solvindar och neutriner. Dessa är mycket små partiklar av materia.

Stjärnor består av massa och massa skapar gravitation. Gravitationen gör att planeter kretsar kring stjärnor. Det är därför jorden kretsar runt solen. Gravitationen hos två stjärnor kan få dem att gå runt varandra. Stjärnor som kretsar kring varandra kallas binära stjärnor. Forskare tror att det finns många binära stjärnor. Det finns till och med grupper av tre eller fler stjärnor som kretsar kring varandra. Proxima Centauri är en liten stjärna som kretsar kring andra stjärnor.

Stjärnorna är inte jämnt fördelade över hela rymden. De är grupperade i galaxer. En galax innehåller hundratals miljarder stjärnor.

Stjärnor har varit viktiga för människor över hela världen under hela historien. Stjärnor har varit en del av religiösa sedvänjor. För länge sedan trodde man att stjärnor aldrig kunde dö.

Astronomer organiserade stjärnor i grupper som kallas konstellationer. De använde konstellationerna för att se hur planeterna rör sig och för att gissa sig till solens position. Solens och stjärnornas rörelse användes för att göra kalendrar. Kalendrarna användes av jordbrukarna för att bestämma när de skulle plantera grödor och när de skulle skörda dem.

Stjärnor skapas i nebulosor. Det är områden där det finns mer gas än i det normala rymden. Gasen i en nebulosa dras samman av gravitationen. Orionnebulosan är ett exempel på en plats där gas samlas för att bilda stjärnor.

Stjärnor tillbringar större delen av sitt liv med att kombinera (fusionera) väte med väte för att skapa energi. När väte smälter blir det helium och det ger mycket energi. För att smälta väte till helium måste det vara mycket varmt och trycket måste vara mycket högt. Fusionen sker i stjärnornas centrum, som kallas "kärnan".

De minsta stjärnorna (röda dvärgar) smälter sitt väte långsamt och lever i 100 miljarder år. Röda dvärgar lever längre än någon annan typ av stjärna. I slutet av deras liv blir de allt svagare. Röda dvärgar exploderar inte.

När mycket tunga stjärnor dör exploderar de. Explosionen kallas supernova. När en supernova inträffar i en nebulosa trycker explosionen ihop gasen i nebulosan. Detta gör gasen i nebulosan mycket tät (tjock) . Gravitationen och exploderande stjärnor bidrar båda till att föra ihop gasen för att skapa nya stjärnor i nebulosor.

De flesta stjärnor förbrukar väte i sin kärna. När de gör det blir kärnan mindre och hetare. Den blir så varm att den trycker bort den yttre delen av stjärnan. Den yttre delen expanderar och blir en röd jättestjärna. Astrofysiker tror att solen kommer att vara en röd jätte om cirka 5 miljarder år. Vår sol kommer att vara så stor att den kommer att äta upp jorden. När vår sol slutar använda väte för att producera energi kommer den att använda helium i sin mycket heta kärna. Den kommer att vara hetare än när den smälte väte. Tunga stjärnor kommer också att göra grundämnen som är tyngre än helium. När en stjärna bildar tyngre och tyngre grundämnen producerar den mindre och mindre energi. Järn är ett tungt grundämne som tillverkas i tunga stjärnor.

Vår stjärna är en genomsnittlig stjärna. En genomsnittlig stjärna skjuter bort sina yttre gaser. Gasen som skjuts bort bildar ett moln som kallas planetarisk nebulosa. Stjärnans kärna kommer att finnas kvar. Den kommer att vara en boll som är lika stor som jorden och kallas en vit dvärg. Den kommer att blekna till en svart dvärg under en mycket lång tid.

Senare i stora stjärnor bildas tyngre grundämnen genom fusion. Till slut exploderar stjärnan som en supernova. Det mesta i universum sker så långsamt att vi inte märker det. Men supernovaexplosioner sker på bara 100 sekunder. När en supernova exploderar är dess blixt lika ljusstark som 100 miljarder stjärnor. Den döende stjärnan är så ljus att den kan ses under dagen. Supernova betyder "ny stjärna" eftersom man förr trodde att det var början på en ny stjärna. Idag vet vi att en supernova är en gammal stjärna som dör. Stjärnans gas trycks bort av explosionen. Det bildar ett gigantiskt gasmoln som kallas planetarisk nebulosa. Krabbnebulosan är ett bra exempel. Allt som återstår är en neutronstjärna. Om stjärnan var mycket tung kommer stjärnan att bilda ett svart hål. Gravitationen i ett svart hål är extremt stark. Den är så stark att inte ens ljus kan fly från ett svart hål.

De tyngsta grundämnena bildas i explosionen av en supernova. Efter att ha svävat runt i rymden i miljarder år samlas gas och stoft för att skapa nya stjärnor och nya planeter. Mycket av gasen och dammet i rymden kommer från supernovor. Vår sol, jorden och alla levande varelser är gjorda av stjärnstoft.

Astronomer har i århundraden vetat att stjärnor har olika färger. När man tittar på ett elektromagnetiskt spektrum är ultravioletta vågor de kortaste och infraröda de längsta. Det synliga spektrumet har våglängder mellan dessa två ytterligheter.

Moderna instrument kan mäta en stjärnas färg mycket exakt. Detta gör det möjligt för astronomer att bestämma stjärnans temperatur, eftersom en varmare stjärnas svartkroppsstrålning har kortare våglängder. De varmaste stjärnorna är blå och violetta, därefter vita, därefter gula och de kallaste är röda. När astronomerna känner till färgen och den absoluta magnituden kan de placera stjärnan i Hertzsprung-Russelldiagrammet och uppskatta dess beboeliga zon och andra fakta om den.

Vår sol är till exempel vit, och jorden ligger på det perfekta avståndet för liv. Om vår sol var en varmare, blå stjärna skulle jorden dock behöva vara mycket längre bort, annars skulle den vara för varm för att ha vatten och upprätthålla liv.