Diagrammet HR, livscykeln hos stjärnor och stjärnornas utveckling: guide till Hertzsprung-Russell-diagrammet

1. Spektralklasser

(Hetast) O – B – A – F – G – K – M – L – T – Y (Svalast)

2. Hertzsprung-Russell-diagrammet (HR-diagrammet)

På y-axeln: luminositet (högre luminositet ju högre upp du kommer).
På x-axeln: temperatur och spektralklass (temperaturen ökar åt vänster).

I mitten av HR-diagrammet finns ett band av stjärnor som ligger i huvudserien (main sequence). Uppe i det högra hörnet finns jättar eller superjättar: hög luminositet men låg temperatur. Nere i vänstra hörnet finns vita dvärgar: låg luminositet men hög temperatur.

3. Stjärnors livslängd och luminositet

3A. Livslängd

En stjärna med ca 2 solmassor bränner sitt väte mycket snabbare än solen.

t ∝ M^-2,5

Jämfört med solen (≈ 10 miljarder år) får man då:

t ≈ 10 miljarder år × 2^-2,5 ≈ 1,8 Gyr

Alltså: ungefär ett par miljarder år (1,8 Gyr), betydligt kortare än solens c. 10 miljarder år.

3B. Luminositet

Stjärnans luminositet följer ungefär L ∝ M^3,5.

För 2 solmassor:

L ≈ 2^3,5 L☉ ≈ 11 L☉

Stjärnan skulle alltså lysa ungefär tio gånger starkare än solen.

4. Begrepp

• PP-kedjan: reaktionen i solens kärna där väte omvandlas till helium och energi frigörs, vilket gör att solen lyser.
• ISM (interstellärt medium): gas och stoft som flyter i rymden mellan stjärnorna och fungerar som grund för nya stjärnor.
• Solfläckar: svalare och mörkare områden på solen som uppstår på grund av stark magnetism och visar solens aktivitet.

5. Stjärnornas livscykel

5A. Röd jätte eller superjätte

När väte i kärnan tar slut stannar fusionen där och kärnan krymper under gravitationens påverkan. Väte i skalet runt kärnan aktiveras för fusion, vilket får stjärnans yttre lager att expandera. Stjärnan blir en röd jätte eller superjätte och ljusstyrkan ökar. Kärnan blir tillräckligt het för att helium ska fusioneras till kol och syre, och hos mycket massiva stjärnor fortsätter fusionen med tyngre element upp till järn.

5B. Supernova

När järnkärnan väl har formats kan fusionen inte längre ge energi, så kärnan kollapsar hastigt under sin egen gravitation. Detta resulterar i en kraftfull supernova som kastar ut de yttre lagren i rymden. I denna explosion sprids även ämnen som kol, syre och järn ut i rymden.

5C. Neutronstjärna

Om stjärnan inte är väldigt massiv men ändå tillräckligt tung, dras kärnan ihop till ett mycket tätt objekt som nästan helt består av neutroner. Resultatet blir en neutronstjärna, som är mycket liten men extremt kompakt och har ett kraftfullt gravitations- och magnetfält.

5D. Svart hål

När en mycket massiv stjärna exploderar som supernova kan dess kärna fortsätta att falla samman. Gravitationen ökar tills den är så intensiv att inte ens ljus kan fly. Resultatet blir ett svart hål, där all materia pressas samman i ett extremt kompakt område.

6. Vega

6A. Luminositet

47 gånger ljusstarkare än solen. Vega är varm och lyser starkare.

7. Röd jätte vid 3900 K

44 gånger solens radie. Den är större än alla huvudseriestjärnor med temperatur 3900 K. Kan inte ligga i huvudserien eftersom den är en röd jätte.