Gwiazdy rozpoczynają swoje życie, gdy w ich gęstych, gorących rdzeniach dochodzi do zapłonu fuzji wodorowej. Gdy ten proces się rozpocznie, zaczyna się gra. Grawitacyjne przyciąganie całej masy gwiazdy próbuje ją ścisnąć do maleńkiego punktu, ale energia uwolniona w procesie fuzji wypycha ją na zewnątrz, tworząc delikatną równowagę, która może trwać miliony, a nawet biliony lat.
Małe gwiazdy żyją niezwykle długo. Ze względu na swoją niewielką posturę nie potrzebują dużo energii, aby zrównoważyć przyciąganie grawitacyjne do wewnątrz, więc łykają tylko zapasy wodoru. Dodatkowo atmosfery tych gwiazd nieustannie krążą, ściągając świeży wodór z zewnętrznych warstw do jądra, gdzie może on zasilać trwający ogień.
Wszystko wskazuje na to, że typowa czerwona gwiazda karłowata będzie radośnie spalać wodór w swoim jądrze przez biliony lat. Nieźle.
W miarę jak te małe gwiazdy się starzeją, stopniowo stają się coraz jaśniejsze, aż do momentu, w którym po prostu niejasno się rozsypują, stając się obojętną, nudną bryłą helu i wodoru, która kręci się po wszechświecie, nie dbając o niczyj interes poza swoim własnym.
To smutny los, ale przynajmniej cichy.
Wielki finał
Gdy masywne gwiazdy w naszym wszechświecie umierają, jest to o wiele bardziej gwałtowne. Ze względu na większą masę tych gwiazd, reakcje syntezy jądrowej muszą zachodzić znacznie szybciej, aby utrzymać równowagę z grawitacją.
Mimo, że są o wiele cięższe od swoich czerwonych karłowatych kuzynów, gwiazdy te mają o wiele krótszy okres życia: umierają w ciągu zaledwie kilku milionów lat (co biorąc pod uwagę astronomiczną skalę czasu, równie dobrze mogłoby nastąpić w przyszłym tygodniu).
Ale kiedy masywne gwiazdy umierają, gasną w całej swojej okazałości. Ich ogromne rozmiary oznaczają, że ciśnienie grawitacyjne jest wystarczające, aby nie tylko stopić wodór, ale także hel. I węgla. I tlenu. I magnezu. I krzem. Spora liczba pierwiastków z układu okresowego jest produkowana wewnątrz tych gigantycznych gwiazd pod koniec ich życia.
Ale kiedy gwiazdy te tworzą żelazne jądro, muzyka się kończy i impreza dobiega końca.
Cała ta materia otaczająca żelazo zaciska się na jądrze, ale fuzja jądrowa nie uwalnia energii, aby temu przeciwdziałać. Zamiast tego, jądro kurczy się do tak niewiarygodnej gęstości, że elektrony zostają wepchnięte do środka protonów, zamieniając całe jądro w gigantyczną kulę neutronów.
Ta neutronowa kula jest w stanie – przynajmniej tymczasowo – oprzeć się miażdżącemu upadkowi, wywołując wybuch supernowej. Supernowa w ciągu tygodnia uwolni więcej energii niż nasze Słońce przez cały swój 10-miliardowy okres życia. Fala uderzeniowa i materiał wyrzucany podczas eksplozji rzeźbi pęcherzyki w ośrodku międzygwiezdnym, zakłóca pracę mgławic, a nawet wysyła materiał wyrzucany z samych galaktyk… To jeden z najbardziej spektakularnych widoków w całym wszechświecie. Kiedy supernowe zdarzają się w naszej części galaktycznego lasu, eksplozje są na tyle jasne, że pojawiają się w ciągu dnia, a w nocy mogą być nawet jaśniejsze niż Księżyc w pełni.
Jeden ostatni pokaz
Najgorszy los spotyka gwiazdy średniej wielkości. Zbyt duże, by odejść spokojnie w noc i zbyt małe, by wywołać wybuch supernowej, zamiast tego zamieniają się w makabryczne potwory, zanim w końcu obrócą się na zewnątrz.
W przypadku tych średnich gwiazd (do których zaliczają się gwiazdy takie jak nasze Słońce) problem polega na tym, że gdy w jądrze utworzy się kula tlenu i węgla, nie ma wystarczająco dużo masy wokół niej, by przekształcić ją w coś cięższego. Więc po prostu tam siedzi, z dnia na dzień coraz gorętsza. Reszta gwiazdy reaguje na to piekło w jądrze, pęczniejąc i zmieniając kolor na czerwony, tworząc czerwonego olbrzyma. Kiedy nasze Słońce zamieni się w czerwonego olbrzyma, jego krawędź osiągnie prawie orbitę Ziemi.
Ta faza czerwonego olbrzyma jest niestabilna, a gwiazdy takie jak nasze Słońce będą drgać, zapadając się i ponownie napełniając w kółko, z każdym wydarzeniem uruchamiając wiatry przenoszące większość masy Słońca do Układu Słonecznego.
W końcowych fazach śmierci, średniej wielkości gwiazda wypluwa swoje wnętrzności tworząc musującą mgławicę planetarną, cienkie smugi gazu i pyłu otaczające teraz odsłonięte jądro węgla i tlenu w centrum. Biały karzeł oświetla otaczającą go mgławicę planetarną, energetyzując ją przez około 10 000 lat, zanim gwiezdne zwłoki ostygną zbyt mocno, by umożliwić takie świetlne widowisko.
Mimo że piękne i oszałamiające do oglądania w teleskopie, mgławice planetarne są produktami gwałtownej, torturowanej śmierci gwiazdy. Porywające, tak, ale również przerażające do kontemplowania.
Dowiedz się więcej, słuchając odcinka „Co się dzieje, gdy gwiazdy umierają?” w podcaście Ask A Spaceman, dostępnym w iTunes i w sieci pod adresem http://www.askaspaceman.com. Podziękowania dla Mitchella L. za pytania, które doprowadziły do powstania tego artykułu! Zadaj własne pytanie na Twitterze używając #AskASpaceman lub śledząc Paul’a @PaulMattSutter i facebook.com/PaulMattSutter.
Śledź nas na Twitterze @Spacedotcom i na Facebooku.
Więcej o