• Articles
• admin

Předpokládejme, že jste chtěli postavit hvězdu. Možná jste součástí pokročilé civilizace typu Kardashev 3, a musíte udělat hvězdu pro svůj vědecký projekt třetí třídy. Jak byste šel o vytvoření hvězdy?

na základní úrovni je poměrně jednoduché postavit hvězdu. Jednoduše shromážděte hvězdnou hodnotu plynu a prachu, nechte ji zhroutit pod vlastní vahou, a vzhledem k tomu, že bude mít dostatek času, vytvoří se hvězda. Takto se hvězdy přirozeně tvoří. Ale protože bychom mohli být odstupňováni na tomto projektu, bylo by hezké mít představu o tom, kolik hmoty bychom mohli potřebovat, a jaká by mohla být velikost a teplota výsledné hvězdy.

odpověď do značné míry závisí na tom, jaký materiál používáte a jak se materiál chová při různých teplotách a tlacích(což se někdy nazývá jeho stavová rovnice). Vzhledem k tomu, nejběžnější materiál ve vesmíru je vodík, umožňuje udržet věci jednoduché a předpokládáme, že budeme stavět naši hvězdu z čistého vodíku. Vzhledem k tomu, že vodík má velmi jednoduchou stavovou rovnici, je snadné vypočítat, co se stane při stavbě naší hvězdy.

když začneme sbírat vodík dohromady, začnou se dít dvě věci. První je, že gravitační přitažlivost mezi atomy vodíku začne zhroutit plyn pod svou vlastní hmotností. Druhým je, že tlak vodíku bude tlačit zpět proti hmotnosti. V daném čase plyn dosáhne hydrostatické rovnováhy, kde tlak plynu se rovná jeho hmotnosti, v tomto okamžiku máte stabilní kouli vodíku. To samo o sobě nestačí k vytvoření hvězdy. Pokud jste shromáždili Saturnovu hmotnostní hodnotu vodíku, měli byste planetu velikosti Saturnu, ne hvězdu. Zjevným řešením je jednoduše přidat více vodíku, což by vaši planetu zvětšilo a zvětšilo. Nakonec by vaše koule plynu vyrostla na planetu velikosti Jupiteru, a stále přidáváte více vodíku.

ale ukázalo se, že se stane něco zajímavého, když na svou planetu přidáváte více vodíku. Čím více vodíku máte, tím více hmoty máte, a to znamená větší váhu. Plyn je stlačen silněji a v důsledku toho se stlačuje. Takže pokud zdvojnásobíte hmotnost planety velikosti Saturnu, nedostanete planetu dvakrát větší než Saturn. Získáte planetu, která je o něco větší než Saturn, ale s vyšší hustotou. Například Jupiter je více než trojnásobek hmotnosti Saturnu,ale pouze o 15% větší. Jupiter má však průměrnou hustotu asi dvakrát větší než Saturn.

jak budete přidávat více hmoty, vaše planeta se zvětší až na asi 3 hmoty Jupiteru. V tomto bodě je hmotnost vaší koule vodíku tak velká, že přidání více ve skutečnosti zmenšuje planetu. Výsledkem je, že planeta 10násobek hmotnosti Jupitera by měla přibližně stejnou velikost jako samotný Jupiter. To představuje skutečnou výzvu pro astronomy, kteří studují exoplanety. To, že planeta má velikost Jupitera, neznamená, že má hmotnost Jupitera. Totéž platí pro menší planety. Planeta“ super-Země “ o něco větší než země by mohla být skalnatá planeta nebo malá planeta podobná Neptunu v závislosti na tom, z čeho je vyrobena.

jakmile vaše koule vodíku dosáhne asi 15 hmotností Jupiteru, vstoupí do režimu hnědých trpaslíků. Přidáním více hmoty se stále zmenšuje, ale v tomto okamžiku začíná hrát významnou roli teplota jeho interiéru. Náš jednoduchý model hydrostatické rovnováhy nestačí. Vodík ve středu je stlačen tak silně, že se výrazně zahřívá. Takže zatímco hnědý trpaslík má zhruba stejnou velikost jako Jupiter, může být více než 10krát teplejší. Přidání více hmoty pokračuje v mírném smršťování hnědého trpaslíka, ale přichází bod, kdy se interiér stává tak horkým, že zvyšuje tlak vodíku rychleji, než může přidaná hmotnost stlačit. Stejně jako existuje maximální velikost pro planetu, existuje minimální velikost pro hnědého trpaslíka. Tato minimální velikost je asi 80% velikosti Jupitera, v tomto bodě má hnědý trpaslík teplotu asi 2000 k. Takový hnědý trpaslík by vypadal jako malá, matná hvězda.

ale skutečná hvězda je taková, ve které dochází k jaderné fúzi v jejím jádru. Světlo a teplo hvězdy nejsou způsobeny gravitační kontrakcí, ale spíše tvorbou energie fúzí vodíku na helium. K tomu dochází, když vaše koule vodíku dosáhne asi 90 hmotností Jupiteru, což je shodou okolností přibližně stejná hmotnost jako hnědý trpaslík minimální velikosti. Nyní, když jste udělali hvězdu, přidání více vodíku jen dělá to větší a teplejší. Protože hvězdy fúzují vodík ve svém jádru, jejich velikost a hustota se v průběhu času mění. Ale pokud vezmeme v úvahu pouze stabilní hvězdy hlavní posloupnosti, pak existuje jednoduchý vztah mezi hmotností a velikostí. Takže se můžete rozhodnout, kolik vodíku použít, a vypočítat velikost vaší hvězdy.

samozřejmě je to jen jednoduchá hypotetická hvězda. Skutečné hvězdy nejsou vyrobeny čistě z vodíku a v závislosti na jejich původu a věku se mohou chovat velmi odlišně než naše jednoduchá hvězda. Podrobnosti budou ponechány jako domácí cvičení pro čtenáře.