Bemutató Csillagvizsgáló Terkán Lajos Bemutató Csillagvizsgáló A Csillagok életciklusa

Bemutató Csillagvizsgáló Terkán Lajos Bemutató Csillagvizsgáló Ebben a műsorban megismerkedünk a csillagok életciklusaival, valamint azokkal az erőkkel és energiákkal, melyek e folyamatok mögött rejlenek.

Bemutató Csillagvizsgáló Terkán Lajos Bemutató Csillagvizsgáló A jelenleg folyó tudományos kutatásokról tájékozódni, valamint további oktatási anyagokat találni a Space@School honlapján lehet, melyre a továbbiakban SOS néven hivatkozunk: www.neatherd.org/astronomy (SOS – Space Observatories in School)

Az égbolton csillagok ezrei ragyognak

De az egyikük 276,000-szer közelebb van az összes többinél.

Ez a mi csillagunk, a Nap

Mivel ilyen közel, csupán 150 millió km-re van hozzánk, tanulmányozásával sok mindent megtudhatunk a csillagokról.

A következő három felvételt angol diákok készítették, speciális (Ha) színszűrővel ellátott távcsővel. A képek érzékletesen mutatják csillagunk méretét és a belőle kiáramló energia mennyiségét.

A Nap átmérője 109-szer akkora, mint a Földé

A Napon történő események mellett a Föld eltörpül. Hány Föld férne el e napkitörésben?

Az SOS honlapján A napon lejátszódó események méreteiről Danielle Bewsher-től, az ESA tudósától tudhatunk meg többet

A Nap körül keringő Vénusz 2004 A Nap körül keringő Vénusz 2004. június 4-én a Nap és a Föld közé került. Ekkor négyszer közelebb volt, mint a Nap

A következő filmek a Napot vizsgáló űreszközök felvételeiből készültek

(A poláris pályán keringő ACE űrobszervatórium felvétele) A Nap felszíne fölötti mágneses hurkokat izzó plazma rajzolja ki. Az ívek alatt akár tíz Föld is elférne. (A poláris pályán keringő ACE űrobszervatórium felvétele)

Az SOS honlapján A napmágnesség titkairól az ESA tudósa, Jack Ireland tud a legtöbbet

A mágneses hurkok hatalmas mennyiségű napanyagot dobnak ki az űrbe (a Nap körüli pályán keringő SOHO felvétele)

(Bal oldali kép:) Majdnem egy hónapig tart, amíg a Nap megfordul a tengelye körül. (Jobb oldali kép:) A Nap atmoszférájából időnként nagy mennyiséget röpít ki a világűrbe. Ha ez az anyag a Földdel ütközik, kölcsönhatásba lép bolygónk magnetoszférájával, melynek a villamos erőművekre és az elektromos berendezésekre néha végzetes következményei lehetnek. A SOHO űrobszervatórium időben figyelmeztethet ezekre a mágneses viharokra. (A SOHO felvétele)

Az SOS honlapján Hogy a SOHO űrobszervatórium hogyan figyeli meg a napkitöréseket, abban a NASA tudósai segítenek: Peter Gallagher, James McAteer és Ryan Milligan

A következő kérdésekre keressük a választ Honnan származik ez a rengeteg energia? Hogyan keletkezett a Nap és a többi csillag? Öröké élnek-e a csillagok? Ha nem, akkor meddig él a Nap?

A továbbiakban célszerű jegyzeteket és ábrákat készíteni, és akkor a végén megkapjuk a csillagok életciklusának állapotdiagramját!

A következő képek többsége az Európai Űrügynökség/NASA Hubble űrtávcsövével készült.

Hogy keletkeznek a csillagok? A csillagok alapanyaga a csillagközi anyagból származik. A csillagok közötti űrben nagyon ritka gáz és mikroszkópikus méretű porszemcsék találhatók. A sűrűbbé vált gáz és porfelhőket ködöknek hívjuk.

A ködök tömegének durván 70%-a hidrogén, 30%-a hélium A ködök tömegének durván 70%-a hidrogén, 30%-a hélium. (Az összes többi elem részaránya kevesebb mint 1%-ot tesz ki.)

Az óriáscsillagok élete hatalmas robbanással ér véget Az óriáscsillagok élete hatalmas robbanással ér véget. A robbanás lökéshullámot hoz létre a csillagközi felhőkben

A felrobbanó csillag keltette lökéshullám átszáguld a ritka gáz és porködökön.

A lökéshullám összehúzódásra készteti a ködöt.

Vajon milyen erő okozza az összeomlást?

Hát a GRAVITÁCIÓ!

A spirális galaxisok - mint a miénk is – csillagközi gázzal és porral vannak tele. A rózsaszín fénnyel világító csomók úgy jönnek létre, hogy a fiatal csillagok sugárzása a közelükben található hidrogént gerjeszti.

Galaxisok ütközésekor is összeroppanhatnak csillagközi ködök, és spirálkarjaikban felrobbanhatnak csillagok.

A galaxis csillagai közötti távolság óriási A galaxis csillagai közötti távolság óriási. Így annak ellenére, hogy egy-egy galaxis akár több száz milliárd csillagot tartalmaz, ütközésükkor maguk az egyes csillagok csak nagyon-nagyon ritkán ütköznek össze.

Mi okozza a galaxisok egymásra hatását? A GRAVITÁCIÓ!

Az SOS honlapján A galaxisok csillagainak életciklusaival részlesebben az ESA tudósa, Jesus Maiz ismertet meg.

Ezen a képen A Sas-köd látható Ezen a képen A Sas-köd látható. Ez egy olyan hatalmas terület, ahol csillagok keletkeznek. Vajon mekkora lehet?

Gázoszlopk – M16

Gázoszlopk – M16

Csillagokat szülő felhők – M16

Csillagokat szülő felhők – M16 A fehér kör a Naprendszer méretét mutatja. A fénylést a fiatal csillagok okozzák Csillagokat szülő felhők – M16

A tudósok szerint az összeomló felhő közepében a megnövekedett nyomás és hőmérséklet létrehoz egy előcsillagot. Honnan tudják? Íme a bizonyítékok:

Az Orion-köd egy óriási gáz és porköd, mely mintegy 1500 fényévnyre van tőlünk. (A kép egy amatőrtávcsőre szerelt digitális fényképezőgéppel készült.)

A következő képek a Hubble űrtávcsővel készültek olyan színszűrőkkel, amelyek csak bizonyos atomok által kibocsátott fényt engednek keresztül.

A gerjesztett hidrogénatomok (H) fényében készített kép.

A gerjesztett oxigénatomok (O) fényében készített kép.

A gerjesztett nitrogénatomok (N) fényében készített kép.

A kombinált kép

Íme az eredmény: Látjuk, hol keletkeznek a csillagok?

Ezeket az összesűrűsödött ködcsomókat „proplyd”-eknek hívják. Vajon rejtőzködik-e bennük előcsillag? A Hubble Űrtávcső olyan sugárzást is tud érzékelni, amelyet nem világító meleg testek bocsátanak ki. Ez az úgynevezett INFRAVÖRÖS sugárzás (IR) áthatol a gázon és a poron.

Infravörös kép (IR) A felvételből kiderül, hogy sok-sok csillag és forró terület létezik a por és gáz között. Található-e közöttük olyan, amelyik proplyd belsejében van?

A kombinált kép

A kombinált kép

H+O+N+IR Mi van mindegyik proplyd közepén?.

H+O+N+IR Mindegyik proplyd közepén vagy egy csillag, vagy egy előcsillag rejtőzködik.

H+O+N+IR Az SOS honlapján Az ESA tudósa, Massimo Robberto még többet elárul az Orion ködben keletkező csillagokról

Az ilyen és ehhez hasonló jelenségekből tudjuk, hogy az előcsillagban fellépő erők addig nőnek, amíg elég nagyok nem lesznek ahhoz, hogy a hidrogén atomokból hélium épüljön fel. Hidrogén Összenyomás Ebben a folyamatban egy kevéske tömeg nagy mennyiségű energiává alakul. Egy napméretű csillagban minden másodpercben 5 millió tonnányi tömeg alakul át energiává. Az előcsillagból csillag lesz.

Szerencsére a Nap tömege 2 milliárd milliárd milliárd tonna, így nagyon hosszú időre elegendő üzemanyagot tartalmaz. Már vagy öt milliárd éve ragyog, és ez alatt tömegének csupán 1%-át veszítette el. Hidrogén Összenyomás

Hogy a csillagok fejlődését megértsük, megfigyelésekre és egy kis fizikára van szükségünk. Napunk közvetlenül bizonyítja, hogy a csillagok nem élnek örökké, ugyanis: Napunk hasonló az éjszakai égbolt csillagaihoz nukleáris üzemanyaga nem tart örökké

Az új csillag sugárzása szétfújja az azt körül vevő proplyd-et Az új csillag sugárzása szétfújja az azt körül vevő proplyd-et. Ennek következtében a terület kitisztul, s feltárul előttünk a csillag és a körülötte levő korong, melyből idővel bolygórendszer születhet. Az SOS honlapján Protoplanetáris korongok az Orion-ködben Inga Kamp, az ESA tudósa segít még többet megtudni

A belsejében kialakuló struktúrában megkezdődik a hidrogén fúziója. Sugárzási zóna Konvekciós zóna MAG

Az SOS honlapján Sugárzási zóna Konvekciós zóna MAG A Nap belső struktúrájáról az ESA tudósától, Bernhard Fleck-től tudhatunk meg még többet.

A csillagot összepréselő gravitációt a magban beindult fúzió miatt fellépő szétfeszítő erő ellensúlyozza.

A gravitációs prést a fúzió során a magban felszabaduló energia kifele tartó sugárnyomása ellensúlyozza.

Másoljuk le az ábrát, és jelöljük meg az erőket!

Másoljuk le az ábrát, és jelöljük meg az erőket! Gravitáció Sugárnyomás Gravitáció Sugárnyomás Sugárnyomás Gravitáció Sugárnyomás Gravitáció

Mennyi ideig élnek a csillagok? A nagyobb csillagokban több az üzemanyag. Tényleg tovább élnek? Mit gondolunk erről? Beszélgessünk erről a társainkkal!

Csillagtömeg (a Nap tömegével kifejezve) Felületi hőmérséklet (0C) Milyen összefüggést fedezhetünk fel a tömeg és az élettartam között? Hogy lehetne megmagyarázni a táblázat adatait? Csillagtömeg (a Nap tömegével kifejezve) Felületi hőmérséklet (0C) Élettartam (millió év) 25 35000 3 15 30000 11000 500 1.5 7000 3000 1 (Nap) 6000 10000 0.75 5000 15000 0.5 4000 200000

Csillagtömeg (a Nap tömegével kifejezve) Felületi hőmérséklet (0C) Minél nagyobb a csillag, annál rövidebb ideig él! Ennek az az oka, hogy a nagyobb tömegű csillagok forróbbak, ami azt mutatja, hogy gyorsabban fogyasztják a hidrogént. A nagyobb tömeg ugyanis erősebb gravitációt jelent, amit nagyobb sugárnyomás tud csak ellensúlyozni. A nagyobb csillag tehát sokkal gyorsabban égeti az üzemanyagát, így rövidebb ideig él. Csillagtömeg (a Nap tömegével kifejezve) Felületi hőmérséklet (0C) Élettartam (millió év) 25 35000 3 15 30000 11000 500 1.5 7000 3000 1 6000 10000 0.75 5000 15000 0.5 4000 200000

Az SOS honlapján A Nap hőmérsékleteloszlását a Cambridge-i Egyetem SOHO - kutatója, Helen Mason segítségével ismerhetjük meg, ha ellátogatunk az SOS honlapjára.

Egy másfél naptömegű csillag élettörténete Miután a hidrogén elfogyott, a csillag magja összenyomódik, amitől felmelegszik és beindul benne a héliumfúzió. Az ekkor keletkező intenzív sugárzás felfújja a csillag külső rétegeit, melyek ezáltal lehűlnek és elvörösödnek. A csillag vörös óriássá vált.

A Nap hidrogénfogyasztó ciklusának felénél tart A Nap hidrogénfogyasztó ciklusának felénél tart. Mennyi idő múlva fogy el ez az üzemanyag? Az 1 naptömegű csillag a hidrogént 10,000,000,000 év alatt égeti el A Napnak tehát még maradt 5,000,000,000 éve

A Nap mit vörös óriás 5,000,000,000 év múlva Mars Föld A Nap mit vörös óriás 5,000,000,000 év múlva

Vörös óriás a Szekeres (Auriga) csillagképben

szunnyadó hidrogén-fúziós héj szén-oxigén mag hélium-fúziós héj 300 millió km A vörös óriás magjában már a héliumból épülnek fel a nehezebb elemek atomjai, amíg csak ki nem merül az ezen fúziót tápláló üzemanyag, vagyis a hélium.

A fúziós energia hiányában a mag többé már nem tud ellenállni a gravitációnak, így még egyszer utoljára összeomlik. A magban felhalmozódott szén egy földméretű gyémánttá préselődik össze. A vörös óriás külső rétegei pedig kirepülnek az űrbe, és óriási gáz és porfelhőt képeznek a csillag körül. Ezt a héjat a csöppnyi fehér törpévé vált csillag maradványa világítja meg.

A csillagászok ezeket planetáris ködöknek nevezik, mert a csillagoktól eltérően a távcsőben kiterjedt objektumoknak látszanak, úgy mint a bolygók. Modern teleszkópokkal, mint például a Hubble Űrtávcsővel készült felvételeken a planetáris ködöket a csillagászok az Univerzum leggyönyörűbb objektumainak tartják. Mit gondolunk, hogy nevezik a következő planetáris ködöket?

A csillagászok ezt „Eszkimó köd”-nek hívják

A csillagászok ezt „Izzó szem köd”-nek hívják

A csillagászok ezt „Homokóra köd”-nek hívják

A csillagászok ezt „Macskaszem köd”-nek hívják

A csillagászok ezt „Gyűrűs-köd”-nek hívják

A csillagászok ezt „Spirográf köd”-nek hívják (A spirográf geometriai rajzok készítésére alkalmas eszköz)

A csillagászok ezt „Nyolc kitörés köd”-nek hívják

A csillagászok ezt „Hangyaköd”-nek hívják

A csillagászok ezt „Vörös pók köd”-nek hívják

A csillagászok ezt „Szem-köd”-nek hívják

A csillagászok ennek a ködnek még nem adtak nevet

Az SOS honlapján A planetáris ködök struktúrájáról a NASA két tudósa, Frank Summers és Lisa Fratarre segítségevel tudhatunk meg többet.

A másfél naptömegnél kisebb csillagok élettörténete (kattintásra indul) Kifogy az üzemanyag, a mag fehér törpévé roppan össze, a csillag külső rétegei pedig planetáris ködöt formálnak Elfogy a hidrogén, a mag összeomlik és elkezdődik a hélium égetése. A csillag vörös óriássá dagad. A csillag égeti a hidrogénjét. A köd összezsugorodó proplidjében megszületik az előcsillag

Ebben az öreg, milliónál is több csillagból álló gömbhalmazban egy maroknyi maradék vörös óriás és sok-sok fehér törpe tárul fel.

A másfél naptömegnél nagyobb csillagok sorsa gyökeresen különbözik az előzőktől

Nagyon hevesen égetik az üzemanyagukat - ezért kékek és óriások – így gyorsan felélik azt Betelgeuse Bellatrix Mintaka Alnilam Alnitak Rigel Saiph Orion Nebula A Bellatrix, az Orion csillagképben található kék óriáscsillag, hidrogénkészletének már a vége fele tart.

Mikor a csillag hidrogénkészlete kifogy, és a héliumot kezdi égetni, minden képzeletet felülmúló mértű vörös óriássá fúvódik fel.

A Jupiter pályájának mérete A csillag mérete A földpálya mérete A Jupiter pályájának mérete A szintén az Orion csillagképben található Betelgeuse egy ilyen vörös óriás. (A HST felvétele)

A Betelgeuse mellett az összes csillag eltörpül Alnilam Nap Proxima Centauri Szíriusz B A Betelgeuse mellett az összes csillag eltörpül

A Szíriusz B vajon milyen csillag? Betelgeuse Alnilam Nap Proxima Centauri Szíriusz B A Szíriusz B vajon milyen csillag?

Miután a vörös szuperóriás hélium üzemanyaga is elfogyott, az összeroppanó magban elegendően nagy hőmérséklet és nyomás jön létre, hogy a korábban keletkezett szénből és oxigénből még nehezebb elemek magjai épüljenek fel.

A csillag végeredményben egy vasból álló magot hoz létre a következők szerint hidrogén szén hélium 700 millió km oxygén neon szilícium vasmag A vörös óriás közepe egy vasmagot tartalmazó hagymahéj-szerű struktúrává alakul

Amint az üzemanyag ismét kifogy, a mag tovább zsugorodik, és elegendően forró lesz ahhoz, hogy a vasat is felépítse. Senki sem szeretne az Univerzum olyan helyének közelében tartózkodni, ahol a vörös szuperóriás éppen elkezdi a vas fúzióját!

Mikor a csillag a hidrogénből felépíti a héliumot, szenet és oxigént, energia szabadul fel, ami ellensúlyozza a csillagot összepréselő gravitációt. A vas atommagok felépítése – a könnyebb elemek magjaiéval ellentétben – elszívja az energiát. A több millió éves óriáscsillag most másodpercek alatt összeomlik.

A csillaganyag tonnamilliárdjai zuhannak a magra, majd arról visszapattanva az Univerzum legnagyobb robbanását hozzák létre. Az ekkor felszabaduló energia mennyisége túlszárnyalja a galaxisban található összes, mintegy 300,000,000,000 csillag sugárzását!

A galaxis milliárdnyi csillaga közül az egyik a szupernóva- robbanás utáni halványulás fázisában van. A robbanás pillanatában fényesebb lehetett, mint az egész galaxis.

A robbanás pillanatában fényesebb lehetett, mint az egész galaxis. A galaxis milliárdnyi csillaga közül az egyik a szupernóva- robbanás utáni halványulás fázisában van. A robbanás pillanatában fényesebb lehetett, mint az egész galaxis. Az SOS honlapján Stephen Smartt (Queens University, Belfast) szupernóva vadász (és Arsenal szurkoló) munkájával is megismerkedhetünk

A Tycho Brache által látott szupernóvakitörés 1572-ben történt, de még ma is gyorsan tágul. Az iszonyú robbanás a csillag környezetének jókora részét kisöpri. A kék burok mutatja, meddig jutott el a fénysebességgel haladó intenzív röntgen sugárzás, mely a csillagközi anyagot 20 millió fokra hevíti. A robbanás mintegy 800 fényév átmérőjű. A pusztulás közeledtéről csak akkor vennénk tudomást, mikor már ideért!

Az SOS honlapján A fénynél semmi sem halad gyorsabban, bár néha mégis úgy tűnik, ennek az ellenkezőjét látjuk. A rejtély megfejtéséhez az ESA tudósa, Nino Panagea ad segítséget

Hogy a robbanás után mi marad vissza, az az eredeti csillag tömegétől függ Ha 1,5 – 3 naptömegű volt az óriás, egy 20 km átmérőjű neutronokból álló atommag (a protonok és elektronok neutronná préselődnek össze) Ezt nevezzük neutroncsillagnak. A hatalmas gravitációs erőt a neutronok taszítása ellensúlyozza.

Hogy a robbanás után mi marad vissza, az az eredeti csillag tömegétől függ Ha a csillag tömege a robbanás pillanatában meghaladja 3 naptömeget, a gravitációnál nem lesz nagyobb erő. Az összeomlását már semmi sem tudja megakadályozni, a csillag eltűnik, s csak a tömege által keltett gravitációs teret hagyja maga után. Semmi, még a fény sem tud olyan gyorsan haladni, hogy elhagyja. Ezt nevezzük fekete lyuknak.

A Rák ködben, ami egy szupernóva-maradvány, egy forgó neutroncsillag (pulzár) található

A fekete lyuk közelében a gravitációs tér olyan erős, hogy onnan még a fény sem képes elszökni.

A fekete lyuk két dologból áll: Szingularitásból – a csillag összes tömege egy pontba préselődött össze Eseményhorizontból – az eseményhorizont a fekete lyuk pereme, ahol a gravitációs tér még éppen meg tudja akadályozni, hogy a fény elszökjön. A szupernóvából keletkezett legkisebb fekete lyuk kb. 12 km átmérőjű lehet.

A fekete lyuk mindent megeszik: gázt, port, csillagokat, még a galaxis közepét is. Amint az anyag spirális pályán belezuhan a fekete lyukba, felhevül és felvillan, mielőtt örökre eltűnik.

A fekete lyuk szimulált képe a befele spirálozó anyagkoronggal

Mi történik azzal, aki beleesik a fekete lyukba?

A gravitációs erő különbsége a lába és feje között olyan nagy lesz, hogy megnyúlik, akár egy spagetti!

Elkészült a csillagok életciklusát bemutató diagram? A következőket kell tartalmaznia: Miből keletkeznek a csillagok Mi indítja el a csillag keletkezését A különböző tömegű csillagok különböző életútját A csillaganyag egy részének körforgását

planetáris köd és fehér törpe beindítja a köd csomósodását A kész diagramnak így kell kinéznie gáz és porköd neutroncsillag fekete lyuk vörös szuperóriás szupernóva vörös óriás planetáris köd és fehér törpe sárga törpe kék óriás <1,5Mnap >1,5Mnap 1,5-3 Mnap >3 Mnap beindítja a köd csomósodását

Készítették Irta: Michael Cripps (Neatherd High School Norfolk UK) Képek: Michael Cripps, és holland középiskolai diákok (ESA és NASA) SOS honlap: Michael Cripps és Graham Colman (Taverham High School, Norfolk UK) Támogatók: UK Particle Physics and Astronomy Research Council, az European Space Agency és a Norfolk Education Business Exchange Technikai segítség: az „European Space Agency”, a „NASA at the Space Telescope Science Institute”, a „Goddard Space Flight Centre” és Anglia egyéb intézeteinek tudósai, mérnökei és tanárai. Külön köszönet Helen Mason-nak (Cambridge University) és Dennis Christopher-nek (NASA, GSFC.) Magyar változat: Hudoba György (Terkán Lajos Bemutató Csillagvizsgáló) A forrásanyag és tartalma oktatási és nem kereskedelmi célra szabadon felhasználható.