Stjerners dramatiske liv og skjebner.

Stjernenes liv er ikke så ulike våre liv. De fødes, går gjennom ulike livsfaser og så dør de, når det ikke er mer energi igjen til å holde det gående. Stjernene på nattehimmelen lever ulike liv og møter ulike skjebner, og det som bestemmer deres skjebner, er hvor tunge de er.

En stjerne blir til

Rundt omkring i galaksen vår finnes det store skyer av gass med som er fødestuer for nye stjerner, som i bildet nedenfor. En stjerne blir til ved at et område i en slik gassky klumper seg sammen som følge av gravitasjonskrefter. Når gassen blir klumpet sammen så mye at temperaturen blir høy nok til å sette i gang fusjonsprosesser, tennes stjernen. (Se for eksempel denne simuleringen).

Den stjernedannende regionen LH 95 i Den store magellanske sky. Bilde: NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration

For stjerner er det hydrogen som er selve livet. Stjernen fusjonerer hydrogen til helium i kjernen sin. Dette generer energi og får stjernen til å skinne. Mens gravitasjonskrefter forsøker å trekke stjernen enda mer sammen, hindrer strålingstrykket fra fusjonsprosessene og gasstrykket i stjernen dette fra å skje. Stjernen er da i en stabil livsfase.

Når hydrogenet tar slutt, begynner stjernen sin midtlivskrise. Hvor lang tid det tar for stjernen å komme til dette punktet, kommer an på hvor mye hydrogen stjernen har i utgangspunktet og hvor raskt den fusjonerer det. Dette henger sammen med massen til stjernen. Levetiden til en stjerne kan gå fra noen få millioner år i de mest massive tilfellene, til billioner av år i de minst massive tilfellene (som er mye lenger enn universets levetid). Dette skyldes at massive stjerner blir varmere og fusjonerer fortere, mens de mindre massive stjernene er kjøligere og bruker lenger tid på å komme seg gjennom hydrogenet sitt.

Når hydrogenet i kjernen – og dermed fusjonsprosessene – tar slutt, forsvinner deler av trykket som presser utover inni stjernen. Da er det ikke lenger noe som kan holde igjen mot gravitasjonskraften.

Stjernenes midtlivskrise

Hvor livet går videre for stjernen, er igjen avhengig av hvor massiv den er. Det er hovedsakelig to scenarioer når hydrogenet i kjernen tar slutt:

1. De minst massive stjernene gir opp med en gang, kollapser, og starter den langdryge prosessen med å bli hvite dverger (bestående hovedsakelig av helium). Det kan ta milliarder av år.
2. De mer massive stjernene kjemper videre. Først trekker stjernen seg sammen. Da øker temperaturen i kjernen. Ved høy nok temperatur kan heliumet som har hopet seg opp i kjernen fusjoneres til karbon, og igjen blir det et strålingstrykk som dytter stjernen utover. Jo mer massiv stjernen er, desto tyngre grunnstoffer kan den fortsette å fusjonere i kjernen, mens de mindre tyngre grunnstoffene fusjonerer i skall utenfor kjernen, med det letteste grunnstoffet ytterst (illustrert nedenfor). De mest massive stjernene kan fusjonere til og med jern i kjernen sin.

Fusjonslagene i en rød kjempestjerne. Illustrasjon: Wikipedia Commons

Massive stjerner vil blåse seg opp til å bli røde kjemper når de har brukt opp hydrogenet i kjernen og er i gang med de tyngre fusjonsprosessene. De kalles røde kjemper fordi overflaten til stjernen avkjøles når stjernen utvider seg, og da vil stjernen lyse i et rødere lys enn stjernen gjorde opprinnelig. De mest massive stjernene blir røde superkjemper.

Solen nå (den lille prikken i sentrum av bildet) og senere når den er blitt en rød kjempe. Det finnes ulike estimater for hvor stor Solen vil vokse seg som rød kjempe, hvor denne illustrasjonen viser ett av estimatene. Illustrasjon: basert på figur fra Wikipedia Commons

En dramatisk slutt

De minst massive stjernene avslutter livene sine på ganske rolig vis ved å trekke seg sammen til å bli hvite dverger. De mer massive stjernene har ulike dramatiske skjebner i møte, igjen avhengig av hvor massive de er. De har tre mulige skjebner:

1. Kaste av seg sine ytre gasslag til en planetarisk tåke mens kjernen trekker seg sammen til en hvit dverg (bestående av tynge grunnstoffer enn de hvite dvergene man ender opp med fra mindre massive stjerner).
2. Eksplodere som supernova hvor de ytre lagene av stjernen kastes av mens kjernen kollapser til en nøytronstjerne eller en pulsar.
3. Samme som punkt 2, men hvor kjernen kollapser videre til et sort hull.

Jo mer massiv en stjerne er, desto lenger ned på denne lista finner den skjebnen sin. Denne figuren som jeg tegnet for Cappelen Damm, illustrerer de ulike skjebnene en stjerne kan møte utifra hvilken masse stjernen har:

En stjernes mulige skjebner. Hvert ledd i en stjernes utvikling er bestemt fra stjernens masse. Figur: Maria Hammerstrøm/Cappelen Damm (trykk på bildet for å se større versjon)

Hertzsprung-Russell-diagrammet

Stjernenes livsfaser og hvordan disse avhenger av temperatur og lysstyrke, er blitt godt kartlagt. Dette har resultert i Hertzsprung-Russell-diagrammet (HR-diagrammet):

Hertzsprung-Russell-diagrammet. Figur: ESO

Posisjonen til en stjerne i HR-diagrammet forteller oss om stjernens utviklingsstadium og hvor massiv den er.

Den diagonale rekken med stjerner som Solen befinner seg langs, kalles hovedserien («main sequence»). Stjerner tilbringer mesteparten av livene sine med en temperatur og luminositet som befinner seg langs denne linjen. Når en stjerne går mot slutten av livet sitt, vil temperaturen og luminositeten endre seg slik at den beveger seg mot de røde kjempene («giants») i diagrammet. Mer massive stjerner går mot superkjempene («super giants»). Etter hvert blir Solen en hvit dverg og «hopper» ned til nedre venstre hjørne av diagrammet.

Digital ressurs: Star in a Box

HR-diagrammet er pensum for elever som tar fysikk 1 på den videregående skole. Og man kommer borti det igjen når man studerer astrofysikk på universitetet.

Nettsiden Star in a Box lar deg simulere ulike scenarioer i HR-diagrammet ved å se på stjerner med ulike masser, temperaturer og lysstyrke. Og du kan se på hvor lang tid stjernen bruker i ulike livsfaser. Det er en fin måte å bli bedre kjent med HR-diagrammet på og stjernenes utvikling. Her er en skjermdump fra nettsiden:

Skjermdump av Star in a Box.

* * *

Les mer:

• Stellar evolution (Wikipedia)
• Stjerne (Store norske leksikon)

Hvilket stadium i en stjernes liv syns du er mest spennende?

Hovedbilde: ESO