• Articles
• admin

Antag, at du ønskede at bygge en stjerne. Måske er du en del af en avanceret Kardashev type 3 civilisation, og du skal lave en stjerne til dit tredje klasse videnskabsprojekt. Hvordan ville du gå om at skabe en stjerne?

på et grundlæggende niveau er det ret nemt at bygge en stjerne. Saml blot en stjernes værdi af gas og støv, lad den kollapse sammen under sin egen vægt, og givet nok tid vil en stjerne danne sig. Sådan dannes stjerner naturligt. Men da vi måske bliver klassificeret på dette projekt, ville det være rart at have en ide om, hvor meget masse vi måske har brug for, og hvad størrelsen og temperaturen på den resulterende stjerne kan være.

svaret afhænger ganske lidt af hvilket materiale du bruger, og hvordan materialet opfører sig under forskellige temperaturer og tryk (hvad der undertiden kaldes dets tilstandsligning). Da det mest almindelige materiale i universet er brint, lad os holde tingene enkle og antage, at vi vil bygge vores stjerne ud af rent brint. Da brint har en meget enkel tilstandsligning, er det let at beregne, hvad der vil ske, når vi bygger vores stjerne.

når vi begynder at samle brint sammen, vil to ting begynde at ske. Den første er, at gravitationsattraktionen mellem hydrogenatomerne vil begynde at kollapse gassen under sin egen vægt. Det andet er, at hydrogentrykket vil skubbe tilbage mod vægten. Givet tid gassen vil nå hydrostatisk ligevægt, hvor trykket af gassen er lig med sin vægt, på hvilket tidspunkt du har en stabil kugle af hydrogen. Dette i sig selv er ikke nok til at skabe en stjerne. Hvis du samlede en Saturns masseværdi af brint, ville du have en planet i Saturn-størrelse, ikke en stjerne. Den indlysende løsning er blot at tilføje mere brint, hvilket ville gøre din planet større og større. Til sidst vil din kugle af gas vokse til en Jupiter-størrelse planet, og du fortsætter bare med at tilføje mere brint.

men det viser sig, at der sker noget interessant, når du fortsætter med at tilføje mere brint til din planet. Jo mere brint du har, jo mere masse har du, og det betyder mere vægt. Gassen presses stærkere, og som følge heraf komprimerer den. Så hvis du fordobler massen af din Saturn-størrelse planet, får du ikke en planet dobbelt så stor som Saturn. Du får en planet, der er lidt større end Saturn, men med en højere tæthed. For eksempel er Jupiter mere end tre gange Saturns masse, men kun omkring 15% større i størrelse. Jupiter har dog en gennemsnitlig tæthed omkring dobbelt så stor som Saturn.

når du fortsætter med at tilføje mere masse, bliver din planet større op til omkring 3 Jupiter-masser. På det tidspunkt er vægten af din kugle af brint så stor, at tilføjelse af mere faktisk gør planeten mindre. Som et resultat ville en planet 10 gange Jupiters masse være omtrent den samme størrelse som Jupiter selv. Dette udgør en reel udfordring for astronomer, der studerer eksoplaneter. Bare fordi en planet er Jupiter størrelse betyder ikke, at den har en Jupiter masse. Det samme gælder for mindre planeter. En” superjord ” planet lidt større end Jorden kunne være en stenet planet eller en lille Neptunlignende planet afhængigt af hvad den er lavet af.

når din brintkugle når omkring 15 Jupiter-masser, kommer den ind i regimet af brune dværge. Tilføjelse af mere masse fortsætter med at gøre det mindre, men på dette tidspunkt begynder temperaturen på dets Indre at spille en vigtig rolle. Vores enkle model af hydrostatisk ligevægt er ikke nok. Brintet i midten presses så stærkt, at det opvarmes betydeligt. Så mens en brun dværg er omtrent den samme størrelse som Jupiter, kan den være mere end 10 gange varmere. Tilføjelse af mere masse fortsætter med at krympe den brune dværg lidt, men der kommer et punkt, hvor interiøret bliver så varmt, at det hæver hydrogentrykket hurtigere, end den ekstra vægt kan klemme. Ligesom der er en maksimal størrelse for en planet, er der en minimumsstørrelse for en brun dværg. Den mindste størrelse er omkring 80% af Jupiter, på hvilket tidspunkt en brun dværg har en temperatur på omkring 2000 K. En sådan brun dværg ville se ud som en lille, svag stjerne.

men en sand stjerne er en, hvor nuklear fusion forekommer i sin kerne. En stjernes lys og varme skyldes ikke gravitationskontraktion, men snarere skabelsen af energi ved at smelte brint til helium. Dette begynder at ske, når din brintkugle når omkring 90 Jupiter-masser, som tilfældigvis er omtrent den samme masse som en brun dværg i minimumsstørrelse. Nu hvor du har lavet en stjerne, tilføjer mere brint bare det større og varmere. Fordi stjerner smelter brint i deres kerne, ændres deres størrelse og densitet over tid. Men hvis vi kun betragter stabile hovedsekvensstjerner, så er der en simpel sammenhæng mellem masse og størrelse. Så du kan bare bestemme, hvor meget brint der skal bruges, og beregne størrelsen på din stjerne.

selvfølgelig er dette bare en simpel hypotetisk stjerne. Rigtige stjerner er ikke lavet udelukkende af brint, og afhængigt af deres oprindelse og alder kan de opføre sig meget anderledes end vores enkle stjerne. Detaljerne vil blive efterladt som en lektieøvelse for læseren.