Gwiazdy mają cykl życia trwający od kilku milionów do bilionów lat. Rodzą się, z biegiem czasu ulegają zmianom i ostatecznie spotykają swój koniec, gdy skończy się paliwo, stając się bardzo gęstym ciałem resztkowym. Wypalona gwiazda może być: biały karzeł lub gwiazda neutronowa lub czarna dziura w zależności od pierwotnej masy gwiazdy.
Życie gwiazda zaczyna się na dużą skalę obłoki międzygwiazdowe gazów i pyłów w galaktyka z zbrylaniem się gazów pod wpływem niskiej temperatury do kieszeni o dużej gęstości. Sępy stopniowo gromadzą coraz więcej materii i rosną. W pewnym momencie grudki zapadają się pod wpływem zwiększonej siły grawitacji. Tarcie podczas zapadania się podgrzewa materię i rodzi się mała gwiazda. To jest etap protogwiazdowy w cyklu życia gwiazdy.
Zapadanie się pod wpływem grawitacji trwa dalej. W rezultacie temperatura i ciśnienie w rdzeniu nadal rosną. Po milionach lat temperatura i ciśnienie w jądrze protogwiazdy stają się wystarczająco wysokie, aby umożliwić fuzję jąder wodoru. Fuzja jądrowa uwalnia ogromną ilość energii, która podgrzewa materię na tyle, aby zapobiec dalszemu zapadaniu się pod wpływem grawitacji. Ten etap, w którym stabilnie zachodzi fuzja jądrowa (a uwolniona energia podgrzewa materię w stopniu wystarczającym, aby zapobiec zapadnięciu się grawitacji), jest głównym i najdłuższym etapem życia gwiazdy. Gwiazdy na tym etapie nazywane są „gwiazdami ciągu głównego”, a etap nazywa się „gwiazdami ciągu głównego”.etap sekwencji głównej’. Wodór jest głównym paliwem gwiazdy. Tempo zużycia paliwa zależy od masy gwiazdy. Masywna gwiazda będzie zużywać paliwo w większym tempie, aby uwolnić wystarczającą ilość energii, aby zapobiec zapadnięciu się pod wpływem grawitacji.
Kiedy skończy się paliwo, fuzja jądrowa zatrzymuje się i nie ma energii do podgrzewania materiałów, aby zrównoważyć siłę grawitacji, a rdzeń zapada się pod wpływem grawitacji, pozostawiając zwartą pozostałość. To koniec gwiazdy. Martwa gwiazda staje się albo białym karłem, albo gwiazdą neutronową czarna dziura w zależności od masy pierwotnej gwiazdy.
Kiedy masa pierwotnej gwiazdy jest mniejsza niż 8 mas Słońca (<8 M⦿), staje się biały karzeł. Martwa gwiazda staje się gwiazdą neutronową, gdy masa pierwotnej gwiazdy wynosi od 8 do 20 mas Słońca (8 M⦿ < M < 20 M⦿), podczas gdy gwiazdy cięższe niż 20 mas Słońca (>20 M⦿) stać się czarne dziury gdy skończy się paliwo.
Brązowe karły (BD)
Gwiazdy osiągają w swoim cyklu życia „etap syntezy jądrowej” lub „etap sekwencji głównej”. Co się stanie, jeśli obiekt niebieski uformuje się jak gwiazda, ale nie osiągnie tego etapu?
Brązowe karły zaczynają się jak gwiazda, stają się wystarczająco gęste, aby zapaść się pod wpływem grawitacji, ale ich jądro nigdy nie staje się wystarczająco gęste i gorące, aby zainicjować syntezę jądrową, a zatem nigdy nie stają się prawdziwą gwiazdą. Obiekty te mają podobne cechy zarówno do gwiazd, jak i planet.
Czarne karły są mniejsze od gwiazd, ale wciąż znacznie większe od gwiazd planet. Niektóre mniejsze są porównywalne pod względem wielkości planet. Najmniejszy znany obiekt jest około siedmiokrotnie większy od Jowisza.
Czarne karły są ważne w modelu powstawania gwiazd w międzygwiazdowych obłokach gazów i pyłu. Podejmowane są próby określenia najmniejszych ciał, które tworzą się na wzór gwiazdy.
Najmniejszy brązowy karzeł
Niedawno naukowcy zbadali centrum gromady gwiazdotwórczej IC 348 oddalonej o około 1,000 lat świetlnych za pomocą teleskopu Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST). Na podstawie fotometrii obiektów zespół zidentyfikował trzech kandydatów na czarnego karła. Jeden z nich ma masę zaledwie trzy do czterech mas Jowisza, co czyni go najmniejszym znanym dotychczas czarnym karłem.
Czarny karzeł o masie trzykrotnie większej od Jowisza byłby 300 razy mniejszy od Słońca. Trudno wyjaśnić, w jaki sposób taki mały czarny karzeł mógł uformować się w sposób podobny do gwiazdy, ponieważ mały obłok międzygwiazdowy normalnie nie zapadałby się, tworząc czarnego karła ze względu na jego słabą grawitację. Zatem tak mały czarny karzeł stanowi wyzwanie dla obecnych modeli powstawania gwiazd.
***
Referencje:
- Luhman KL, i wsp 2023. Badanie JWST dotyczące brązowych karłów o masie planetarnej w IC 348. The Astronomical Journal, tom 167, numer 1. Opublikowano 13 grudnia 2023 r. DOI: https://doi.org/10.3847/1538-3881/ad00b7
- Webb NASA identyfikuje najmniejszego, swobodnie pływającego brązowego karła Opublikowano 13 grudnia 2023 r. Dostępne pod adresem https://www.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-identifies-tiniest-free-floating-brown-dwarf/
***
