Hva er en stjerne, og hvordan fungerer den?

Stjernene har alltid fascinert mennesker, sannsynligvis fra det øyeblikket vår tidligste stamfar gikk utenfor og så opp på nattehimmelen. Vi drar fortsatt ut om natten, når vi kan, og ser opp og lurer på om de skinnende gjenstandene. Vitenskapelig er de grunnlaget for vitenskapen om astronomi, som er studiet av stjerner (og galaksene deres). Stjerner spiller fremtredende roller i science fiction-filmer og TV-serier og videospill som bakgrunn for eventyrfortellinger. Så, hva er disse blinkende lyspunktene som ser ut til å være ordnet i mønstre over nattehimmelen?

Det er tusenvis av stjerner synlige for oss fra Jorden, spesielt hvis vi holder øye med i et virkelig mørkt himmelsyn. Imidlertid, bare i Melkeveien, er det hundrevis av millioner av dem, ikke alle synlige for mennesker på jorden. Millky Way er ikke bare hjem til alle disse stjernene, den inneholder "stjerneklæreplanter" der nyfødte stjerner blir klekket ut i skyer av gass og støv.

Alle stjerner er veldig, veldig langt unna, bortsett fra solen. Resten er utenfor solsystemet vårt. Den nærmeste til oss heter Proxima Centauri, og det ligger 4.2 lysår borte.

De fleste stjernekikkere som har observert en stund begynner å merke at noen stjerner er lysere enn andre. Mange ser også ut til å ha en svak farge. Noen ser blå ut, andre hvite og andre svake gule eller rødlige fargetoner. Det er mange forskjellige typer stjerner i universet.

Vi soler oss i lyset av en stjerne - Solen. Det er forskjellig fra planetene, som er veldig små i forhold til solen, og er vanligvis laget av stein (for eksempel Jorden og Mars) eller kule gasser (som Jupiter og Saturn). Ved å forstå hvordan solen fungerer, kan astronomer få en dypere innsikt i hvordan alle stjerner fungerer. Motsatt, hvis de studerer mange andre stjerner gjennom livet, er det mulig å finne ut av vår egen stjernes fremtid.

Som alle andre stjerner i universet, er solen en enorm, lys sfære av varm, glødende gass holdt sammen av sin egen tyngdekraft. Den lever i Melkeveis galaksen, sammen med omtrent 400 milliarder andre stjerner. De arbeider alle etter samme grunnleggende prinsipp: De smelter sammen atomer i kjernene for å lage varme og lys. Det er slik en stjerne fungerer.

For sola betyr dette at hydrogenatomer smeller sammen under høy varme og trykk. Resultatet er et heliumatom. Denne prosessen med fusjon frigjør varme og lys. Denne prosessen kalles "stjernenukleosyntese", og er kilden til mange av elementene i universet som er tyngre enn hydrogen og helium. Så fra stjerner som sola vil fremtidens univers få elementer som karbon, som det vil lage når det eldes. Svært "tunge" elementer, som gull eller jern, lages i mer massive stjerner når de dør, eller til og med de katastrofale kollisjonene mellom nøytronstjerner.

Hvordan gjør en stjerne denne "stjernenukleosyntesen" og ikke blåser seg fra hverandre i prosessen? Svaret: hydrostatisk likevekt. Det betyr at tyngdekraften til stjernens masse (som trekker gassene innover) blir balansert av det ytre trykket fra varmen og lyset - stråling press - skapt av kjernefysisk fusjon som foregår i kjernen.

Denne fusjonen er en naturlig prosess og tar en enorm mengde energi for å sette i gang nok fusjonsreaksjoner til å balansere tyngdekraften i en stjerne. En stjernekjerne trenger å nå temperaturer på over 10 millioner Kelvin for å begynne å smelte sammen hydrogen. Solen vår har for eksempel en kjernetemperatur på rundt 15 millioner Kelvin.

En stjerne som konsumerer hydrogen for å danne helium, kalles en "hovedsekvens" -stjerne for hele tiden det er et hydrogen-smeltende objekt. Når den bruker opp alt drivstoffet, trekker kjernen seg sammen fordi det utstrålende trykket ikke lenger er nok til å balansere tyngdekraften. Kjernetemperaturen stiger (fordi den komprimeres), og det gir den nok "oomph" til å begynne å smelte sammen heliumatomer til karbon. På det tidspunktet blir stjernen en rød gigant. Senere, når den går tom for drivstoff og energi, trekker stjernen seg sammen og blir en hvit dverg.

Den neste fasen i stjernens utvikling avhenger av dens masse fordi det tilsier det hvordan det vil ende. En stjerne med lav masse, som vår sol, har en annen skjebne fra stjerner med høyere masser. Det vil blåse av de ytre lagene, skape en planetarisk tåke med en hvit dverg i midten. Astronomer har studert mange andre stjerner som har gjennomgått denne prosessen, noe som gir dem større innsikt i hvordan solen vil avslutte livet noen få milliarder år fra nå.

Stjerner med høy masse er imidlertid forskjellige fra solen på mange måter. De lever korte liv og etterlater nydelige levninger. Når de vil eksplodere som supernovaer, sprenger de elementene sine til verdensrommet. Det beste eksemplet på en supernova er Crab Nebula, i Tyren. Kjernen i den opprinnelige stjernen blir etterlatt når resten av materialet sprenges til verdensrommet. Etter hvert kan kjernen komprimere for å bli en nøytronstjerne eller et svart hull.

Stjerner finnes i milliarder av galakser over hele universet. De er en viktig del av utviklingen av kosmos. De var de første objektene som ble dannet for mer enn 13 milliarder år siden, og de utgjorde de tidligste galaksene. Da de døde, forvandlet de det tidlige kosmos. Det er fordi alle elementene de danner i kjernene sine blir returnert til verdensrommet når stjerner dør. Og disse elementene til slutt kombineres for å danne nye stjerner, planeter og til og med liv! Derfor sier astronomer ofte at vi er laget av "stjernestoffer".

Redigert av Carolyn Collins Petersen.