CRVENI PATULJAK: OTKRIĆE, KARAKTERISTIKE, EVOLUCIJA, SASTAV - ARTE - 2025

Crveni patuljak je mali, super zvijezda čija masa je između 0,08 i 0,8 puta veća od mase Sunca Oni su najbrojnija i najdugovječniji zvijezde u svemiru: do tri četvrtine svih do sada poznatih. Zbog svoje male svjetlosti, oni se ne mogu opažati golim okom, unatoč tome što su u blizini Sunca brojne: od 30 obližnjih zvijezda 20 je crvenih patuljaka.

Najistaknutiji zbog svoje blizine nama je Proxima Centauri, u zviježđu Centaur, udaljenom 4,2 svjetlosne godine. Otkrio ga je 1915. škotski astronom Robert Innes (1861-1933).

Slika 1. Crveni patuljak Proxima Centauri dio je zvjezdanog sustava Alpha Centauri u zviježđu Centauri. Izvor: ESA / Hubble i NASA putem Wikimedia Commonsa.

Međutim, prije nego što je Proxima Centauri otkriven, teleskop francuskog astronoma Josepha de Lalandea (1732.-1802.) Već je pronašao crvenog patuljka Lalande 21185, u zviježđu Velika Ursa.

Izraz "crveni patuljak" koristi se za označavanje različitih klasa zvijezda, uključujući one sa spektralnim tipovima K i M, kao i smeđe patuljke, zvijezde koje zapravo nisu takve, jer nikada nisu imale dovoljno mase da pokrenu svoj reaktor unutarnje.

Spektralni tipovi odgovaraju površinskoj temperaturi zvijezde, a njezino se svjetlo raspada u niz vrlo karakterističnih linija.

Na primjer, spektralni tip K ima temperaturu između 5000 i 3500 K i odgovara žuto-narančastoj zvijezdi, dok je temperatura tipa M manja od 3500 K i to su crvene zvijezde.

Naše Sunce je spektralnog tipa G, žute je boje i površine površine između 5000 i 6000 K. Zvijezde određenog spektralnog tipa imaju brojne zajedničke karakteristike, od kojih je većina najvažnija masa. Prema masi zvijezde, tako će biti i njezinoj evoluciji.

Karakteristike crvenih patuljaka

Crveni patuljci imaju određene karakteristike koje ih razlikuju. Neke smo već spomenuli na početku:

-Mala veličina.

-Niska temperatura površine.

-Niska brzina izgaranja materijala.

-Niska svjetlost.

Masa

Masa je, kao što smo rekli, glavni atribut koji definira kategoriju do koje zvijezda doseže. Crvenih patuljaka je toliko obilno jer se formira više zvijezda male mase nego masivne zvijezde.

Zanimljivo je da je potrebno vrijeme da se zvijezde male mase formiraju duže nego za vrlo masivne zvijezde. Oni rastu mnogo brže jer je sila gravitacije koja zbija materiju u centru veća, veća je masa.

A znamo da je za postizanje temperature prikladna određena količina kritične mase da bi se pokrenule reakcije fuzije. Na taj način zvijezda započinje svoj život odraslih.

Suncu je trebalo desetine milijuna godina da se formira, ali zvijezdi 5 puta većoj potrebno je manje od milijun godina, dok najmasivnija ona može početi svijetliti u stotinama tisuća.

Temperatura

Temperatura površine je, kao što je već spomenuto, još jedna važna karakteristika koja definira crvene patuljke. Trebalo bi biti manje od 5000K, ali ne manje od 2000K, inače je previše cool da bi bila prava zvijezda.

Zvjezdani objekti s temperaturom ispod 2000 K ne mogu imati fuzijsko jezgro i abortirane su zvijezde koje nikad nisu dostigle kritičnu masu: smeđi patuljci.

Dublja analiza spektralnih linija može osigurati razliku između crvenog patuljka i smeđeg patuljka. Primjerice, dokazi o litiju govore da je crveni patuljak, ali ako je to metan ili amonijak, to je vjerojatno smeđi patuljak.

Spektralni tipovi i Hertzsprung-Russell-ov dijagram

Hertzsprung-Russell-ov dijagram (HR dijagram) je graf koji prikazuje karakteristike i evoluciju neke zvijezde u skladu sa njenim spektralnim karakteristikama. To uključuje temperaturu površine koja je, kao što smo rekli, odlučujući faktor, kao i njezinu svjetlinu.

Varijable koje čine graf su svjetlost na okomitoj osi i efektivna temperatura na vodoravnoj osi. Samostalno su ga stvorili ranih 1900-ih astronomi Ejnar Hertzsprung i Henry Russell.

Slika 2. HR dijagram koji prikazuje crvene patuljke u glavnom slijedu, u donjem desnom kutu. Izvor: Wikimedia Commons. TO.

Prema svom spektru, zvijezde su grupirane prema Harvard spektralnoj klasifikaciji, koja označava temperaturu zvijezde u sljedećem nizu slova:

OBAFGKM

Počinjemo s najtoplijim zvijezdama, tip O, dok su najhladnije vrste M. Na slici su spektralni tipovi pri dnu grafikona, na plavoj obojanoj traci slijeva, sve dok ne dosegnemo crvena s desne strane.

Unutar svake vrste postoje varijacije, budući da spektralne linije imaju različit intenzitet, zatim je svaka vrsta podijeljena u 10 potkategorija, označenih brojevima od 0 do 9. Što je broj manji, to je zvijezda toplija. Na primjer, Sunce je tip G2, a Proxima Centauri M6.

Središnje područje grafikona, koje teče otprilike dijagonalno, naziva se glavnim nizom. Većina zvijezda je tamo, ali njihova evolucija može ih natjerati da napuste i smjeste se u druge kategorije, kao što su crveni div ili bijeli patuljak. Sve ovisi o masi zvijezde.

Život crvenih patuljaka uvijek se odvija u glavnom slijedu, a što se tiče spektralnog tipa, nisu svi patuljasti klase M crveni patuljci, iako većina jesu. Ali u ovoj klasi postoje i superjaške zvijezde kao što su Betelgeuse i Antares (gore desno na HR dijagramu).

Evolucija

Život bilo koje zvijezde počinje kolapsom međuzvjezdane materije zahvaljujući djelovanju gravitacije. Kako se tvar aglutinira, ona se sve brže i brže okreće i spljošćuje u disk, zahvaljujući očuvanju zamaha kutova. U središtu je protostar, zametak, tako reći buduće zvijezde.

Kako vrijeme prolazi, temperatura i gustoća rastu, sve dok se ne postigne kritična masa, u kojoj fuzijski reaktor započinje svoju aktivnost. Ovo je izvor energije zvijezde u njezino vrijeme koje dolazi i zahtijeva temperaturu jezgre od oko 8 milijuna K.

Paljenje u jezgri stabilizira zvijezdu, jer nadoknađuje gravitacijsku silu, dovodeći do hidrostatske ravnoteže. Za to je potrebna masa između 0,01 i 100 puta veća od Sunčeve mase. Ako je masa veća, pregrijavanje bi izazvalo katastrofu koja bi uništila protostar.

Slika 3. U crvenom patulju, fuzija vodika u jezgri uravnotežuje silu gravitacije. Izvor: F. Zapata.

Nakon pokretanja fuzijskog reaktora i postizanja ravnoteže, zvijezde se završavaju u glavnom slijedu HR dijagrama. Crveni patuljci vrlo sporo emitiraju energiju, pa im opskrba vodikom dugo traje. Način na koji crveni patuljak emitira energiju je putem mehanizma konvekcije.

Pretvorba vodika u helij koji proizvodi energiju provodi se u crvenim patuljcima protonskim-protonskim lancima, redoslijedom u kojem se jedan vodikov ion spaja s drugim. Temperatura jako utječe na način na koji se odvija ta fuzija.

Jednom kada se vodik iscrpi, zvjezdani reaktor prestaje raditi i započinje proces sporog hlađenja.

Proton-protonski lanac

Ova je reakcija vrlo česta kod zvijezda koje su se tek pridružile glavnom slijedu, kao i kod crvenih patuljaka. Sve počinje ovako:

¹ ₁ H + ¹ ₁ H → ² ₁ H + e ⁺ + ν

Gdje je e ⁺ pozitron, identičan je u svemu elektronu, osim što je naboj pozitivan i ν je neutrino, lagana i neuhvatljiva čestica. Za dio ² ₁ H je deuterij ili teških vodik.

Tada se događa:

¹ ₁ H + ² ₁ H → ³ ₂ He + γ

U potonjem, γ simbolizira foton. Obje reakcije se događaju dva puta, što rezultira:

³ ₂ He + ³ ₂ He → ⁴ ₂ He + 2 (¹ ₁ H)

Kako zvijezda stvara energiju radeći to? Pa, postoji mala razlika u masi reakcija, mali gubitak mase koja se pretvara u energiju prema Einsteinovoj poznatoj jednadžbi:

E = mc ²

Kako se ova reakcija događa nebrojeno puta, a uključuje ogroman broj čestica, energija koja se dobiva ogromna je. Ali to nije jedina reakcija koja se odvija unutar neke zvijezde, iako je ona najčešća kod crvenih patuljaka.

Životno vrijeme zvijezde

Koliko dugo zvijezda živi, ​​također ovisi o njenoj masi. Sljedeća jednadžba je procjena toga vremena:

T = M ^-2,5

Ovdje je T vrijeme, a M masa. Upotreba velikih slova je prikladna, s obzirom na vrijeme i ogromnu masu.

Zvijezda poput Sunca živi oko 10 milijardi godina, ali zvijezda 30 puta veća od Sunca živi 30 milijuna godina, a druga, još masivnija, može živjeti oko 2 milijuna godina. Bilo kako bilo, to je vječnost za ljude.

Crveni patuljci žive mnogo duže od toga, zahvaljujući udjelu s kojim troše svoje nuklearno gorivo. S obzirom na vrijeme kako ga doživljavamo, crveni patuljak traje zauvijek, jer vrijeme potrebno za iscrpljivanje vodika iz jezgre premašuje procijenjenu starost svemira.

Još nisu umrli ni crveni patuljci, pa se sve može nagađati o tome koliko dugo žive i kakav će im biti kraj zbog računalnih simulacija modela stvorenih s podacima koje imamo o njima.

Prema tim modelima, znanstvenici predviđaju da će se, kada crvenom patuljcu ponestane vodika, transformirati u plavog patuljka.

Nitko još nije vidio zvijezdu ove vrste, ali kako se vodik istroši, crveni patuljak se ne širi u crvenu divovsku zvijezdu, kao što će to jedno naše Sunce jednog dana. Jednostavno povećava svoju radioaktivnost, a s njom i površinsku temperaturu, postaje plava.

Sastav crvenih patuljaka

Sastav zvijezda je vrlo sličan, najvećim dijelom to su ogromne kuglice vodika i helija. Oni zadržavaju neke od elemenata koji su bili prisutni u plinu i prašini koji su ih stvorili, pa sadrže i tragove elemenata koje su prethodne zvijezde pomogle stvoriti.

Iz tog je razloga sastav crvenih patuljaka sličan sastavu Sunca, iako se spektralne linije značajno razlikuju zbog temperature. Dakle, ako neka zvijezda ima slabe vodikove linije, to ne znači da joj nedostaje ovaj element.

U crvenim patuljcima nalaze se tragovi drugih težih elemenata, koje astronomi nazivaju "metalima".

U astronomiji se ta definicija ne podudara s onim što se obično shvaća kao metal, jer se ovdje koristi za označavanje bilo kojeg elementa, osim vodika i helija.

Trening

Proces formiranja zvijezda složen je i na njega utječu brojne varijable. Još je mnogo toga što se još ne zna o ovom procesu, ali vjeruje se da je isti za sve zvijezde, kao što je opisano u prethodnim segmentima.

Faktor koji određuje veličinu i boju zvijezde, povezanu s njenom temperaturom, je količina materije koju uspijeva dodati zahvaljujući gravitacijskoj sili.

Pitanje koje zabrinjava astronoma i koje ostaje da se razjasni je činjenica da crveni patuljci sadrže elemente teže od vodika, helija i litija.

S jedne strane, teorija Velikog praska predviđa da prve formirane zvijezde moraju biti sastavljene od samo tri najlakša elementa. Međutim, u crvenim patuljcima otkriveni su teški elementi.

A ako još nisu umrli ni crveni patuljci, to znači da prvi crveni patuljci koji su se formirali moraju biti negdje vani, sve sastavljeni od svjetlosnih elemenata.

Tada bi se kasnije mogli formirati crveni patuljci, jer je u njihovom stvaranju potrebno prisustvo teških elemenata. Ili da postoje crveni patuljci prve generacije, ali kako su toliko mali i s tako niskom svjetlošću, još nisu otkriveni.

Primjeri crvenih patuljaka

Sljedeći Centauri

Udaljeno je 4,2 svjetlosne godine i ima masu jednaku osmini mase Sunca, ali 40 puta gušću. Proxima ima snažno magnetsko polje, zbog čega je sklona baklji.

Proxima također ima barem jedan poznati planet: Proxima Centauri b, koji je predstavljen 2016. Ali vjeruje se da su ga izbacili raketi koje zvijezda često emitira, tako da je malo vjerojatno da će živjeti u životu, barem ne kao to znamo jer emisije zvijezde sadrže X-zrake.

Barnardova zvijezda

Slika 4. Usporedba veličina između Sunca, Barnardove zvijezde i planeta Jupitera. Izvor: Wikimedia Commons.

Riječ je o vrlo bliskom crvenom patulju, udaljenom 5,9 svjetlosnih godina, čija je glavna karakteristika njegova velika brzina, oko 90 km / s u smjeru Sunca.

Vidljiv je kroz teleskope i poput Proxime, također je sklon rafalima i eksplozijama. Nedavno je otkriven planet koji kruži oko Barnardove zvijezde.

Teegarden Star

Ovaj crveni patuljak od samo 8% mase Sunca nalazi se u zviježđu Ovna i može ga se vidjeti samo moćnim teleskopima. Spada među najbliže zvijezde, na udaljenosti od oko 12 svjetlosnih godina.

Otkriven je 2002. godine, a osim što ima svoje vlastito značajno kretanje, čini se da ima planete u takozvanoj naseljenoj zoni.

Vuk 359

Promjenjivi je crveni patuljak u sazviježđu Lava i udaljen je gotovo 8 svjetlosnih godina od našeg Sunca. Budući da je promjenjiva zvijezda, njegova svjetlost se periodično povećava, iako žarkovi nisu toliko intenzivni kao oni Proxime Centauri.

Reference

1. Adams, F. Crveni patuljci i kraj glavnog niza. Oporavak od: astroscu.unam.mx.
2. Carroll, B. Uvod u modernu astrofiziku. 2.. Izdanje. Pearson.
3. Cosmos. Crveni patuljci. Oporavak od: astronomy.swin.edu.au.
4. Martínez, D. Zvjezdana evolucija. Oporavilo od: Google knjige.
5. Taylor, N. Crveni patuljci: najčešće i najduže zvijezde. Oporavilo sa: space.com.
6. Fraknoi, A. Spektri zvijezda (i smeđi patuljci). Oporavilo sa: phys.libretexts.org.