Tähteä joiden elinkaari ulottuu muutamasta miljoonasta biljoonaan vuoteen. Ne syntyvät, käyvät läpi muutoksia ajan myötä ja kohtaavat lopulta loppunsa, kun polttoaine loppuu ja niistä tulee erittäin tiheä jäännöskappale. Palanut tähti voisi olla a valkoinen kääpiö tai neutronitähti tai musta aukko riippuen tähden alkuperäisestä massasta.
Elämä a tähti alkaa isosta tähtienväliset pilvet kaasusta ja pölystä galaxy kaasujen paakkuuntumista alhaisesta lämpötilasta korkean tiheyden taskuihin. Möhkäleet keräävät vähitellen enemmän ja enemmän ainetta ja kasvavat. Jossain vaiheessa kokkarit romahtavat lisääntyneen painovoiman vuoksi. Törmäyksen aikainen kitka lämmittää asiaa ja syntyy tähtivauva. Tämä on prototähtivaihe tähtien elinkaaressa.
Painovoiman aiheuttama romahdus jatkuu edelleen. Tämän seurauksena lämpötila ja paine ytimessä jatkavat kohoamista. Miljoonien vuosien jälkeen lämpötila ja paine prototähden ytimessä nousevat tarpeeksi korkeiksi, jotta vetyytimet voivat sulautua. Ydinfuusio vapauttaa valtavan määrän energiaa, joka lämmittää aineen riittävästi estääkseen romahtamisen lisää painovoiman vaikutuksesta. Tämä vaihe, jolloin ydinfuusio tapahtuu vakaasti (ja vapautuva energia lämmittää aineen riittävästi estääkseen gravitaatioromahtamisen), on päävaihe ja pisin vaihe tähden elämässä. Tähtiä tässä vaiheessa kutsutaan "pääsarjan tähdiksi" ja vaihetta kutsutaan "pääjakson vaihe'. Vety on tähden pääpolttoaine. Polttoaineen kulutusnopeus riippuu tähden massasta. Massiivinen tähti kuluttaa polttoainetta nopeammin vapauttaakseen riittävästi energiaa estääkseen sen romahtamisen painovoiman vaikutuksesta.
Kun polttoaine loppuu, ydinfuusio pysähtyy eikä ole energiaa materiaalien lämmittämiseen painovoiman tasapainottamiseksi, ja ydin romahtaa painovoiman vaikutuksesta jättäen jälkeensä kompaktin jäännöksen. Tämä on tähden loppu. Kuolleesta tähdestä tulee joko valkoinen kääpiö tai neutronitähti tai musta aukko riippuen alkuperäisen tähden massasta.
Kun alkuperäisen tähden massa on alle 8 kertaa auringon massa (<8 M⦿), siitä tulee a valkoinen kääpiö. Kuolleesta tähdestä tulee neutronitähti, kun alkuperäisen tähden massa on 8-20 auringon massaa (8 M⦿ < M < 20 M⦿), kun taas tähdet, jotka painavat yli 20 Auringon massaa (>20 M⦿) tulla mustat aukot kun polttoaine loppuu.
Ruskeat kääpiöt (BD)
Tähteä saavuttavat elinkaarensa aikana "ydinfuusiovaiheen" tai "pääsekvenssivaiheen". Entä jos taivaankappale muodostuu tähden kaltaiseksi, mutta ei pääse tähän vaiheeseen?
Ruskeat kääpiöt alkavat kuin tähti, niistä tulee tarpeeksi tiheitä romahtaakseen painovoimansa vaikutuksesta, mutta sen ytimestä ei koskaan tule tarpeeksi tiheää ja kuumaa käynnistämään ydinfuusion, joten niistä ei koskaan tule todellista tähteä. Nämä esineet ovat ominaisuuksiltaan samanlaisia kuin tähdet ja planeetat.
Mustat kääpiöt ovat pienempiä kuin tähdet, mutta silti paljon suurempia kuin tähdet planeetat. Jotkut pienemmät ovat kooltaan verrattavissa planeetat. Pienin tunnettu on noin seitsemän kertaa Jupiterin kokoinen.
Mustat kääpiöt ovat tärkeitä tähtien muodostumisen mallille tähtienvälisissä kaasu- ja pölypilvissa. Pienimmät kappaleet, jotka muodostuvat tähtimäisesti, yritetään määrittää.
Pienin ruskea kääpiö
Äskettäin tutkijat tutkivat tähtiä muodostavan joukon IC 348 keskustaa, joka sijaitsee noin 1,000 valovuoden päässä. James Webb Space Telescope (JWST). Esineiden fotometrian perusteella ryhmä tunnisti kolme mustaa kääpiöehdokasta. Yksi niistä on vain kolme-neljä kertaa Jupiterin massa, mikä tekee siitä pienimmän toistaiseksi tunnetun mustan kääpiön.
Musta kääpiö, joka on kolme kertaa Jupiterin massa, olisi 300 kertaa pienempi kuin aurinko. On vaikea selittää, miten tällainen pieni musta kääpiö voi muodostua tähtimäisesti, koska pieni tähtienvälinen pilvi ei normaalisti romahtaisi synnyttäen mustaa kääpiötä heikon painovoimansa vuoksi. Näin ollen tällainen pieni musta kääpiö asettaa haasteen nykyisille tähtien muodostusmalleille.
***
Viitteet:
- Luhman KL, et ai 2023. JWST Survey for Planetary Mass Brown Dwarfs in IC 348. The Astronomical Journal, osa 167, numero 1. Julkaistu 13. joulukuuta 2023. DOI: https://doi.org/10.3847/1538-3881/ad00b7
- NASAn Webb tunnistaa pienimmän vapaasti kelluvan ruskean kääpiön. Julkaistu 13. joulukuuta 2023. Saatavilla osoitteessa https://www.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-identifies-tiniest-free-floating-brown-dwarf/
***
