CSILLAGOK
Definíció
A csillag a csillagászat szaknyelvében olyan égitest, amely nukleáris energiát termel, így saját fénnyel rendelkezik, szemben a bolygókkal, amelyek központi csillaguk fényét verik vissza, és elenyésző saját sugárzást bocsátanak ki.
Meghatározása
A csillagokat villódzó, sziporkázó fénypontokként látjuk szabad szemmel. A nagy távolság miatt tűnnek pontszerűnek, még a legnagyobb földi távcsövekben is. A csillagok fényének ezt a szabálytalan pislákolását – a szcintilláció jelenségét – a földi légkör áramlásai hozzák létre. (Gyakran, első ránézésre egyáltalán nem könnyű megállapítani, hogy az égen bolygót látunk-e vagy csillagot).
A legközelebbi csillag a Nap, a következő legközelebbi a Proxima Centauri, amely 4,2 fényévre található, tehát a fény 4,2 év alatt ér ide onnan. Ha az egyik leggyorsabb vonattal, a francia TGV-vel utazhatnánk annak 574,8 km/h nagyságú rekordsebességével, akkor majdnem 8 millió évig tartana az odaút. Ez a távolság tipikus a galaxisunkban. Ennél sűrűbben helyezkednek el a galaxis és a gömbhalmazok középpontjában, és sokkal távolabb a galaktikus halóban, a galaxist körülvevő gömb alakú térrészben.
A csillagok mérete a kicsiny, nagyváros méretű neutroncsillagoktól (melyek tulajdonképpen már halott csillagok) az olyan szuperóriásokig terjed, mint a Sarkcsillag (Polaris), valamint az Orion csillagkép Betelgeuse nevű csillaga, melyek átmérője a Napénak nagyjából ezerszerese. A ma ismert legnagyobb csillag a VY Canis Majoris, amelynek sugara elérheti a Napénak 1420-szorosát. Sűrűsége viszont jóval kisebb, mint a Napé.
A csillagok állapothatározói
A csillagok fizikai tulajdonságait az ún. állapothatározókkal jellemezhetjük. A legfontosabb állapothatározók a következők: fényesség, felületi hőmérséklet, színkép, sugár, forgási periódus, kémiai összetétel, mágneses tér, tömeg. Ezen kívül szokás még a felületi gravitációs gyorsulást is az állapothatározók közé sorolni, ezek azonban a csillag tömege és sugara ismeretében könnyen kiszámíthatóak.
Fényesség
A csillagok látszólagos fényességének mértékegysége a magnitúdó. Minél fényesebb egy adott csillag, annál kisebb a magnitúdó értéke. A magnitúdó logaritmikus mértékegység: ha két csillag látszólagos fényessége között 1 magnitúdó különbség van, akkor az egyik csillag 2,512-szer fényesebb a másiknál.
A Nap látszólagos fényessége -26,86 magnitúdó. A Hold teliholdkor -12,6, a Vénusz -4,6, a Jupiter -2,94 magnitúdós fényességet érhet el. Az éjszakai égbolt legfényesebb csillaga, a Szíriusz -1,45 magnitúdós. A leghalványabb, szabad szemmel tiszta időben még látható csillagok 6 magnitúdósak. Távcsővel halványabb objektumok is láthatók: minél nagyobb a műszer objektívjének átmérője, annál halványabb égitesteket láthatunk vele. A legnagyobb földi távcsövekkel 25 magnitúdós, a Hubble-űrtávcsővel 30 magnitúdós csillagok is észlelhetők.
A látszólagos fényesség nem utal a csillagok valódi fényességére. Egyes halvány csillagok látszó fényessége azért kicsi, mert nagyon távol vannak a Földtől. Ezért a csillagok valódi fényességét az abszolút fényesség adja meg, amely a csillag 10 parszek távolságból megfigyelhető látszólagos fényessége.
Luminozitás
A csillagok luminozitásán a másodpercenként kibocsátott sugárzás mennyiségét értjük. A csillagok energiáját a magban végbemenő termonukleáris reakciók hozzák létre. A luminozitás a csillag korától is függ. Az energia elektromágneses sugárzás formájában szabadul fel, a röntgen sugaraktól a rádióhullámokig. Az ultraibolya sugárzást a földi légkör felfogja, amely nehezíti a luminozitás mérését a felszínről. Ezért ezeket közvetlenül a világűrből mérik, műholdak segítségével. Egyes csillagok luminozitása a Nap luminozitásának 500 - 500 000-szerese is lehet.
Színképtípus
A színképet spektroszkóppal lehet meghatározni. Ez felbontja a beérkező fényt egy színképi sávra, amelyen sötét, ún. Fraunhofer-vonalak jelennek meg. Ezeket az csillag atmoszférájában található alkotóelemek hozzák létre. Például a hidrogén sötét vörös vonalként jelenik meg. Egy csillag színképének vizsgálata minőségi (kvalitatív) elemzésen kívül mennyiségi (kvantitatív) elemzést is lehetővé tesz. Vagyis a légköri elemek által létrehozott színképvonalak alakja és elhelyezkedése a gáz hőmérsékletétől és nyomásától is függ. (Lásd még: Csillagászati színképelemzés)
A csillagokat színképük szerint csoportosíthatjuk, elsősorban a hőmérsékletük és az anyagösszetételük alapján. Az egyes csoportokat a következő betűkkel jelöljük: O, B, A, F, G, K, M, valamint a barna törpe altípusok jelei R, N és S. Itt az O-típus a legforróbb, az S-típus a leghidegebb csillagokra utal. Ezt a sorrendet segítő mondatokkal mnemonikokkal jegyezhetjük meg. Íme pár változat:
"Oly Barátságos A Fénylő Göncölszekér, Keresd Meg.”
„Orosz Barátom Azt Felelte, Gépek Készítenek Mindent [Rám Ne Számíts].”
„Oh, Be A Fine Girl, Kiss Me [Right Now Sweetheart].” (Annie Jump Cannon, 1863-1941)
Minden színképosztálynak 0-9-ig terjedő alosztálya van a felületi hőmérséklet csökkenő sorrendjében, kivétel az O-típus, ahol az osztályozás O5-tel kezdődik. A mi napunk G2 típusú, legtöbb értelemben átlagos csillagnak számít. A csillagokat a Hertzsprung-Russell diagramon szokás ábrázolni, melynek a két tengelyén az abszolút fényesség és a hőmérséklet (szín) található. A legtöbb csillag, a Napunk is, egy sávban helyezkedik el, ez a fősorozat. Ezeknek a csillagoknak az energiatermelésében a proton-proton ciklus dominál, ami során hidrogén alakul át héliummá.
Hőmérséklet
A hőmérséklet a csillag magjától a légköréig változik. Például a Nap magjában eléri a 15 millió °C-ot, míg a légkör effektív felszíni hőmérséklete csak 5785°K. A csillagászok a légkör effektív hőmérsékletét a színkép és a fekete test (minden sugárzást elnyelő test, amely csak elméletileg létezik) összehasonlításával mérik.
Méret
Meg lehet mérni az óriás és szuperóriás csillagok szögátmérőjét egy Michelson-interferométernek nevezett műszerrel. Ez az ívpercekben és ívmásodpercekben mért szögátmérő a távolsággal arányban megadja a csillag lineáris átmérőjét. Az Arcturus (az égbolt negyedik legfényesebb csillaga) átmérője a Nap átmérőjének 23-szorosa (a Nap átmérője 1,39 x 106 km). Az Orion csillagképben lévő Betelgeuse a legnagyobb méretű csillagok egyike, átmérője 1000-szerese a Napénak. Más módszerek is vannak a méretek meghatározására (kisugárzott energia vagy a fedési kettősök fogyatkozásai alapján).
Tömeg
A tömeg az egyik legfontosabb állapothatározó. Értéke 0,07 és 100 naptömeg között változhat. Alsó határát a stabil hidrogénfúzió elindításához szükséges maghőmérséklet jelöli ki, az ennél könnyebb égitestek a barna törpék, melyek magjában csak a deutérium fúziója indul be, ami hamar el is fogy. Felső határa az úgynevezett Eddington-határ, az ennél nehezebb csillagok olyan intenzív sugárzást bocsátanának ki, hogy a sugárnyomás lefújná a csillag külső rétegeit (így megkönnyítve).
Egy csillag gravitációs ereje főleg a tömegétől függ. A kettőscsillagok esetében a tömeget az egymástól való távolságuk és keringési idejük alapján lehet meghatározni. A pálya a tömegvonzástól függ, a tömegvonzás pedig a tömegtől és a távolságtól. A tömeg-luminozitás összefüggés alapján is meghatározhatjuk egy csillag tömegét. A tömeg és a luminozitás egyenes arányban nő.
Minél nagyobb egy csillag tömege, annál gyorsabb ütemben alakítja át az anyagot energiává. Ennek következtében a nagy tömegű csillagok élettartama rövidebb, mint a kisebb tömegűeké. A csillagok - a fősorozaton való tartózkodásuk során - a hélium és hidrogén magjukban végbemenő fúzióból nyerik az energiát. Ez a folyamat a csillag tömegétől függően rövidebb vagy hosszabb. Egy naptömegű csillag élettartama 10 milliárd év, egy három naptömegű csillagé 500 millió év, egy 30 naptömegű csillagé már csak 6 millió év.
Kémiai összetétel
Habár a csillagok nagyrészt hidrogént és héliumot tartalmaznak, kémiai összetételük eléggé különbözik. Például nemrég határozták meg, hogy a fiatal csillagok kisebb arányban tartalmaznak fémeket, mint az idősebbek. Ennek az a magyarázata, hogy a vörös óriások már elégették a bennük lévő hidrogént, bennük a hélium és a nehezebb elemek fúziója zajlik.
Távolság
A csillagok távolságát különböző módszerekkel lehet meghatározni. A hatalmas értékek miatt nem kilométerben vagy csillagászati egységben, hanem fényévben vagy parszekben mérjük. A Naprendszerhez legközelebbi csillag a 4,22 fényév távolságra lévő Proxima Centauri.
A legegyszerűbb módszer szerint, ha meghatározzuk a Földhöz elég közel elhelyezkedő csillag pontos helyzetét hat hónapos különbséggel (két periódusban, amikor a Föld ellentétes irányban helyezkedik el a Naptól), akkor észrevehetjük, hogy a két helyzet nem egyezik. Ismerve a földi pálya átmérőjét (~300 millió km), ki tudjuk számítani azt a szöget, amellyel a csillag elmozdult az égbolton. Az elmozdulás fordítottan arányos a távolsággal. Ezt a módszert parallaxis-módszernek nevezzük. Csak a közeli csillagoknál alkalmazható. A távolabbi csillagok elmozdulási szöge túl kicsi.
Osztályzás
• Abszolút fényességük, hőmérsékletük, színképük és más állapothatározók szerint a csillagok lehetnek:
- átlagos csillagok (fősorozatbeli csillagok)
- vörös törpék
- barna törpék (legkisebb tömegű csillagok, amelyek magjában még beindulhat a fúziós reakció)
- óriáscsillagok:
--vörös óriások
--hiperóriások
- maradvány csillagok:
--fehér törpék
--fekete törpék (kialudt fehér törpék)
--szubtörpék
-neutroncsillagok:
--pulzárok (periodikus rádiójeleket küldenek az űrbe)
-- magnetárok (erős mágneses térrel rendelkező neutroncsillagok)
-kvarkcsillagok (egymáshoz préselt kvarkokból állnak)
-fekete lyukak (erős gravitációs térrel rendelkező maradvány csillagok)
• Kémiai összetételük és a galaxisban elfoglalt helyzetük szerint a csillagok különböző populációkhoz tartoznak.
Kísérőik alapján a csillagok lehetnek:
-kettőscsillagok
-- optikai kettőscsillagok (közel azonos látóirányba esnek, valójában a tér mélységében egymástól tetszőleges távolságban lehetnek)
-- fizikai kettőscsillagok
--- spektroszkópiai kettőscsillagok (színképvonalak eltolódásából lehet rájuk következtetni)
--- fedési kettőscsillagok (egymást periodikusan eltakaró csillagok)
-- többes rendszerek
-- bolygórendszerek
• Fényességük szerint a csillagok lehetnek:
- állandó fényességű csillagok (az egyre érzékenyebb fényességmérési módszerek alkalmazásával elterjedt a mondás: nincsenek állandó fényű csillagok, csak a fényváltozásuk nagysága még nem meghatározott)
- változócsillagok (periodikus vagy nem periodikus változásokkal): cefeidák, novák, szupernóvák stb.
Energiatermelés
A csillagok legfontosabb energiaforrása a magban zajló termonukleáris reakció. Az energia az atommagok fúziójából szabadul fel, több millió kelvinen. Ilyen magas hőmérsékleten az elektronok leválnak az atomokról, és plazma jön létre. Az atommagok ütközése termonukleáris reakciókat eredményez. A fúzió többféleképpen is végbemehet, összességében három fő folyamatot különböztetünk meg. Az egyik a proton-proton ciklus, ami során protonokból héliummagok keletkeznek. A Naphoz hasonló (viszonylag) kis tömegű fősorozatbeli csillagok energiatermelésében ez a folyamat dominál. Nagy tömegű forró csillagok energiatermelésében a CNO-ciklus (más néven Bethe-Weizsacker-folyamat) játszik fontos szerepet. Ennél is magasabb hőmérsékleten megy végbe a három alfa-ciklus (Salpeter-reakció).
Rekorder csillagok
• Legnagyobb méretű: VY Canis Majoris, sugara 1420-szorosa a Napunk sugarának.
• Legnagyobb tömegűek: η Carinae és a Pisztoly-csillag 100-150 naptömegűek, utóbbi 1-3 millió éves, akkor tömege a Napénak 200-szorosa volt, 1-3 millió év múlva szupernóva lesz.
CSILLAGOK ÉLETE ÉS HALÁLA
Az univerzumba valahol egy Hidrogénfelhő elkezd összehúzódni a gravitáció hatására. 100 ezer év múlva a felhő egy egységes korongba rendeződik,és folyamatosan zuhan a középpont felé. 10 millió év múlva egy csodálatos dolog történik : a középpont 10 millió °C fölé emelkedik és beindul a magfúzió. Ezt a fényes égitestet ELŐCSILLAGNAK nevezzük. Mikorra az összes Hidrogéngáz belezuhan a csillagba megkezdődik a FŐSOROZAT. A Napunk is fősorozatban van, és ennek nagyon örülünk hisz majd mindennap ugyonannyi energiát szolgáltat ezért vagyunk életképesek. A fősorozat után kezdődik a VÖRÖSÓRIÁS állapot, ilyen csillag pl.: Antares A ; Aldebaran. A vörösóriás állapot "kevés" ideig tart hisz már nem héliummá fuzionál a hidrogén hanem a hélium szénné. Durván 10 millió év múlva az összes hélium szénné fuzionál és a csillag belsejében a roppant gravitáció több milliárd °C-ra emeli a hőmérsékletet,majd a szén mangánná és az vassá fuzionál,majd a csillag a saját gravitációjától összeroppan és ekkor egy lökéshullám indul ki a csillag belsejéből és hatalmas erejű szupernóvává válik (nehezebb csillag esetén[250-310 naptömeg] hipernóva lesz). A szupernóvában fuzionál a vas nehezebb elemekké pl.: Uránná (persze nem rögtön urán lesz hanem szépen sorjába). A fennmaradó égitest neve : NEUTRONCSILLAG. A neutroncsillag azért nem roppan össze rögtön mert a neutronelfajulási nyomás nem engedi,de gyűlik a nyomás. 100 millió év múlva a neutroncsillag vagy nála is kisebb kvarkcsillaggá vagy FEKETE LYUKKÁ esik össze. (A kvarkcsillag a kvarkelfajulási nyomás miatt nem esik össze fekete lyukká azonnal ennek kb. 250-300 millió évre van szüksége). A fekete lyukak belsejébe nem szingularitás van hanem Plank-hosz méretű csillag keletkezik (1 Plank-hossz= 10^-36 m). A születő fekete lyuk tömege milliószorosa a Földnénél de annyira sűrű hogy kiszakad az ismert világegyetemünkből (ezért van benne az elméletek szerint egy másik világegyetem). A kisebb tömegű csillagokkal más a helyzet, míg a nagyobb tömegű és méretű csillagok hamarabb elpusztulnak addig ezek több billió vagy akár több trillió évig is elélnek,tehát ezek a csillagok az univerzum megszülése óta még csak gyermekkorukat élik. E fajta égitestek neve : VÖRÖS TÖRPÉK. Ezek a csillagok nem szupernóvává válnak, hanem egyszerűen felszívódnak szép lassan és nyomuk sem marad. A Napunk egy közepes tömegű kis méretű G2-es tipusú csillag. Ezekkel megint más a helyzet: Mikor vörös óriássá válnak és majdnem elfogy a hélium levetik a külső atmoszférájukat mert nagyon gyengén áll ellen a gravitációnak. Viszont mikor teljesen elfogy összeesnek és FEHÉR TÖRPÉK lesznek belőlük. E égitestek föld méretűek de a tömegük 300 ezerszerese a Földének. Egy kiskanálnyi az anyagukból 5-7 millió tonnát nyomna. A Napnak még 5 milliárd éve van. A Tejútrendszerünk közepébe egy SZUPERMASSZÍV FEKETE LYUK található ami 4 millió naptömegű.
Ennek neve : Sagittarius A . A legnehezebb ismert fekete lyuk tömege 37 milliárd naptömegű, ez az NGC 1277.
Egy Naptömeg: 1,9891E30 kg (1,9891x10^30 kg)
Schwarzschild-sugár: 1,48E-27 m/kg
Schwarzschild-sugár: Annak a gömbnek a sugara amibe egy adott tömegű testet kéne összepréselni hogy fekete lyuk legyen. (Föld : 18 mm)
