Stjärnornas livscykel och HR-diagrammet: Så utvecklas stjärnor

1. Spektralklasser

Stjärnor klassificeras efter spektralklass i följande ordning (från varmast till svalast): O – B – A – F – G – K – M. Ordningen med L, T och Y (brun dvärg) i svalare ände: O – B – A – F – G – K – M – L – T – Y (Svalast).

2. 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. Jämförelse med solen

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 ca 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: PP-kedjan är den kärnreaktion i solens centrum där vätekärnor slås ihop till helium och skapar den energi som får solen att lysa.
• ISM: ISM (Interstellar Medium) är den tunna gasen och stoftet mellan stjärnor som fungerar som byggstenar för att nya stjärnor ska kunna bildas.
• Solfläckar: Solfläckar är mörkare, svalare områden på solens yta som uppstår på grund av starka magnetfält och visar hur aktiv solen är.

5. Stjärnornas slutstadier

5A. Röd jätte eller superjätte

När väte i kärnan tar slut upphör fusionen där och kärnan börjar krympa under gravitationen. Vätet i ett skal runt kärnan börjar då fusioneras, vilket får stjärnans yttre lager att svälla upp. Stjärnan blir en röd jätte eller superjätte och ljusstarkare än tidigare. Kärnan blir tillräckligt het för att helium ska fusioneras till kol och syre, och hos mycket massiva stjärnor fortsätter fusionen med tyngre grundämnen upp till järn.

5B. Supernova

När järnkärnan har skapats kan stjärnan inte längre få energi från fusion, och kärnan kollapsar snabbt under sin egen gravitation. Detta leder till en kraftig supernova som kastar ut de yttre lagren i rymden. I explosionen sprids också grundämnen som kol, syre och järn ut i rymden.

5C. Neutronstjärna

Om stjärnan inte är så pass massiv men ändå tillräckligt tung, kollapsar kärnan till ett oerhört tätt objekt som nästan uteslutande består av neutroner. Det som bildas är en neutronstjärna, mycket liten men extremt kompakt, med ett mycket starkt gravitations- och magnetfält.

5D. Svart hål

Om stjärnan är mycket massiv fortsätter kollapsen efter supernovan och gravitationen blir så stark att inte ens ljus kan undkomma. Kärnan blir ett svart hål, ett område i rymden med extrem gravitation där all materia och energi är samlad.