Stjärnors död samt neutronstjärnor Planetära nebulosan NGC (New General Catalogue) 65 43 Kattöganebulosan
Introduktion En stjärna lever huvuddelen av sitt liv i huvudserien. Förutsättningen för detta är att jämvikt skapas genom energiproduktion via förbränning av väte till helium, t.ex. via pp-kedjan, i stjärnans centrum. Vad händer då vätet i stjärnans centrum tar slut?
Fysikalisk bakgrund En ensam stjärnas massa bestämmer dess utveckling tiden för olika utvecklingsskeden minskar, och dramatiken ökar, med massan; detta gäller stjärnans födelse, liv och död. Vid en given centraltemperatur så har en stjärna med liten massa större central täthet än en med stor massa. Vid tillräckligt höga tätheter blir materiens mikroskopiska egenskaper viktiga. Fermioner (elementarpartiklar med halvtaligt spinn, t.ex. elektroner och neutroner) lyder Pauliprincipen som säger att två fermioner inte kan inta samma tillstånd de gillar inte varandra! Då fermioner pressas samman så protesterar de och skapar ett så kallat degenerationstryck, ett tryck som är okänsligt för temperatur. Ju mindre en stjärna är (pga ökad central täthet vid en given temperatur), desto viktigare blir elektronernas degenerationstryck för balanseringen av gravitationen.
Regel: Stjärnans yttre delar uppför sig på motsatt sätt jämfört med de inre delarna. Gravitationell kontraktion (=Kelvin-Helmohltz kontraktion) av stjärnans kärna innebär uppvärmning av kärnan utvidgning och kylning av stjärnans ytterhölje. Fusion i kärnan innebär utvidgning och kylning av kärnan (= termostatliknande situation som reglerar fusionen) kontraktion och uppvärmning av stjärnans ytterhölje.
0,4 2-3 solmassor Explosiv Helium flash; mer än 3 solmassor gradvis heliumförbränning. Heliumfusion Kräver högre temperatur än vätefusion p.g.a. större elektrisk laddning hos atomkärnorna 4 He + 4 He 8 Be 8 Be + 4 He 12 C + foton = trippel-alfa-processen 12 C + 4 He 16 O + foton
Stjärnors död: Stjärnor med liten massa (0,4 solmassor < massa < 4 solmassor). Helium flash (blixt) = skenande Heliumfusion p.g.a. temperaturokänsligt elektrondegenationstryck.
Jämför med Jordens diameter som är ca 12700km. Maximalluminociteten hos en AGB stjärna med en solmassa är 10.000 gånger större än vad den var under huvudserietiden. Solen kommer att nå detta stadium efter ca 12 miljarder år.
Då stjärnan befinner sig i slutskedet av sitt liv utvidgas konvektionszonen till stjärnans centrum. Detta innebär att tyngre grundämnen, skapade i stjärnans centrum, transporteras till ytan. Dessa produkter kan senare kastas ut ifrån stjärnan och berika det interstellära mediet. Nästan allt kol skapas av trippelalfa-processen och transporteras enligt ovan för att bilda kolberikat material till solsystem; även vårt eget och därmed allt liv, inkluderande oss själva! TT-Cygni en kolstjärna. Radiobild som visar CO emission från ett skal (1/2 ljusårs diameter) av material som TT-Cygni kastade ut för 7000 år sedan.
Slutresultat, ursprungliga stjärnor 0,4 MM 4 MM : Het (100.000 K) kvarvarande kärna, med ca halva massan av den ursprungliga stjärnan en vit dvärg. Omgivande planetär nebulosa (emissionsspektrum). Ca 50.000 st. i Vintegatan. Spridning 1 ljusår/10.000 år. Maxålder 50.000 år.
Planetära nebulosor a) Planetär nebulosa i den klotformiga stjärnhopen M(Messier)15 (33.000 ljusår bort). b) Den närmaste av alla planetära nebulosor (450 ljusår bort) : Helix- (spiral) nebulosan (lika stor vinkeldiameter som månen!). Ringen är kanten på ett skal. c) Infraröd bild av NGC 7027 (3000 ljusår bort). Kall gas omger varmare gas.
Planetära nebulosan Abell 39, 7000 ljusår bort. Nedan: Planetära nebulosan MyCn18, 8000 ljusår bort.
Fjärilsnebulosan
Vita dvärgar Det som finns kvar av stjärnan kallas för en vit dvärg (vid pga den lyser pga den är mycket varm). Denna förhindras att kollapsa pga elektronernas degenerationstryck. Det finns dock en övre gräns på hur mycket slutlig massa elektronerna kan hålla uppe Chandrasekhargränsen = 1,4 MM. Vår sol kommer att sluta som en vit dvärg efter ca 12 miljarder år. Efter ytterligare 5 miljarder år kommer solen att ha svalnat och blivit en icke lysande svart dvärg. För döda stjärnor gäller: Ju större massa desto mindre radie!
En stjärnhop 7000 ljusår bort; uppförstoring av 0,63 ljusår med 7 vita dvärgar.