egyszerre egy univerzum
tegyük fel, hogy csillagot akarsz építeni. Talán egy fejlett Kardashev 3-as típusú civilizáció része vagy, és csillagot kell készítened a harmadik osztályos tudományos projektedhez. Hogyan hoznál létre egy csillagot?
alapszinten nagyon egyszerű csillagot építeni. Egyszerűen gyűjtsön össze egy csillag értékű gázt és Port, hagyja, hogy a saját súlya alatt összeomoljon, és elegendő időt adva egy csillag kialakul. Így alakulnak ki a csillagok természetesen. De mivel ezen a projekten osztályozhatnak minket, jó lenne, ha lenne egy elképzelésünk arról, hogy mekkora tömegre lehet szükségünk, és mekkora lehet A keletkező csillag mérete és hőmérséklete.
a válasz nagymértékben függ attól, hogy milyen anyagot használ, és hogyan viselkedik az anyag különböző hőmérsékleteken és nyomásokon (amit néha állapotegyenletnek neveznek). Mivel az univerzumban a leggyakoribb anyag a hidrogén, tegyük egyszerűbbé a dolgokat, és tegyük fel, hogy csillagunkat tiszta hidrogénből építjük fel. Mivel a hidrogénnek nagyon egyszerű állapotegyenlete van, könnyű kiszámítani, hogy mi fog történni csillagunk felépítésekor.
a bolygók tömege.
amikor elkezdjük összegyűjteni a hidrogént, két dolog fog történni. Az első az, hogy a hidrogénatomok közötti gravitációs vonzás a saját súlya alatt elkezdi összeomlani a gázt. A második az, hogy a hidrogén nyomása visszahúzódik a súlyhoz. Adott idő alatt a gáz eléri a hidrosztatikus egyensúlyt, ahol a gáz nyomása megegyezik a súlyával, ekkor stabil hidrogéngömb van. Ez önmagában nem elég ahhoz, hogy egy csillag. Ha összegyűjtenénk egy Szaturnusz tömegű hidrogént, akkor egy Szaturnusz méretű bolygó lenne, nem egy csillag. A nyilvánvaló megoldás az, hogy egyszerűen adjunk hozzá több hidrogént, ami bolygótokat egyre nagyobbá tenné. Végül a gázgömböd Jupiter méretű bolygóvá nőne, és csak még több hidrogént adnál hozzá.
Csúcsméret egy Jupiter típusú bolygó számára.
de kiderült, hogy valami érdekes történik, ha folyamatosan több hidrogént adsz a bolygódhoz. Minél több hidrogén van, annál nagyobb a tömege, ami nagyobb súlyt jelent. A gázt erősebben összenyomják, ennek eredményeként összenyomódik. Tehát ha megduplázza a Szaturnusz méretű bolygó tömegét, akkor nem kap kétszer akkora bolygót, mint a Szaturnusz. Kapsz egy bolygót, amely egy kicsit nagyobb, mint a Szaturnusz, de nagyobb sűrűségű. Például a Jupiter több mint háromszorosa a Szaturnusz tömegének, de csak körülbelül 15% – kal nagyobb. A Jupiter átlagos sűrűsége azonban körülbelül kétszerese a Szaturnuszénak.
ahogy egyre több tömeget ad hozzá, bolygója nagyobb lesz, körülbelül 3 Jupiter tömegig. Ezen a ponton a hidrogéngolyód súlya olyan nagy, hogy több hozzáadásával a bolygó valójában kisebb lesz. Ennek eredményeként a Jupiter tömegének 10-szerese körülbelül akkora lenne, mint maga a Jupiter. Ez valódi kihívást jelent az exoplaneteket tanulmányozó csillagászok számára. Csak azért, mert egy bolygó Jupiter méretű, még nem jelenti azt, hogy Jupiter tömege van. Ugyanez igaz a kisebb bolygókra is. A Földnél valamivel nagyobb “szuperföld” bolygó lehet egy sziklás bolygó vagy egy kicsi Neptunusz-szerű bolygó, attól függően, hogy miből áll.
barna törpék vs csillagok. Hitel: P. Marenfeld & NOAO/AURA/NSF
amint a hidrogéngolyó eléri a 15 Jupiter tömeget, belép a barna törpék rendszerébe. A nagyobb tömeg hozzáadása továbbra is kisebb lesz, de ezen a ponton a belső hőmérséklete jelentős szerepet játszik. A hidrosztatikus egyensúly egyszerű modellje nem elegendő. A központban lévő hidrogént olyan erősen összenyomják, hogy jelentősen felmelegszik. Tehát míg a barna törpe nagyjából akkora, mint a Jupiter, több mint 10-szer melegebb lehet. További tömeg hozzáadása továbbra is kissé zsugorítja a barna törpét, de eljön az a pont, amikor a belső tér annyira felforrósodik, hogy gyorsabban emeli a hidrogén nyomását, mint amennyit a hozzáadott súly összenyomhat. Csakúgy, mint egy bolygó maximális mérete, a barna törpének is van egy minimális mérete. Ez a minimális méret körülbelül 80% – a A Jupiterének, ekkor egy barna törpe hőmérséklete körülbelül 2000 K. Egy ilyen barna törpe úgy néz ki, mint egy kicsi, homályos csillag.
méret vs tömeg fő szekvencia csillagok.
de egy igazi csillag az, amelyben magjában magfúzió történik. A csillagok fénye és hője nem a gravitációs összehúzódásnak köszönhető, hanem a hidrogén héliummá olvasztásával létrejövő energiának. Ez akkor kezdődik, amikor a hidrogéngömb eléri a 90 Jupiter tömeget, ami véletlenül körülbelül ugyanolyan tömegű, mint egy minimális méretű barna törpe. Most, hogy létrehoztál egy csillagot, több hidrogén hozzáadásával csak nagyobb és forróbb lesz. Mivel a csillagok magjukban egyesítik a hidrogént, méretük és sűrűségük idővel változik. De ha csak a stabil, fősorozatú csillagokat vesszük figyelembe, akkor egyszerű kapcsolat van a tömeg és a méret között. Tehát csak eldöntheti, hogy mennyi hidrogént használjon, és kiszámíthatja a csillag méretét.
természetesen ez csak egy egyszerű hipotetikus csillag. A valódi csillagok nem pusztán hidrogénből készülnek, és származásuktól és koruktól függően nagyon eltérően viselkedhetnek, mint a mi egyszerű csillagunk. A részleteket házi feladatként hagyják az olvasó számára.