ČERVENÝ TRPASLÍK: OBJAV, VLASTNOSTI, VÝVOJ, ZLOŽENIE - ARTE - 2025

Červený trpaslík je malá, chladná hviezda, ktorej hmotnosť sa pohybuje medzi 0,08 a 0,8 krát väčšia ako hmotnosť Slnka sú najhojnejšia a najdlhšia-žil hviezdy vo vesmíre: až tri štvrtiny všetkých doteraz známych. Kvôli svojej nízkej svietivosti nie sú pozorovateľné voľným okom, napriek tomu, že sú v blízkosti Slnka početné: z 30 blízkych hviezd je 20 trpaslíkov červené.

Najvýznamnejšou pre svoju blízkosť k nám je Proxima Centauri, v súhvezdí Centaurus, vzdialenom 4,2 svetelných rokov. Objavil ju v roku 1915 škótsky astronóm Robert Innes (1861-1933).

Obrázok 1. Červený trpaslík Proxima Centauri je súčasťou hviezdneho systému Alpha Centauri v súhvezdí Centaurus. Zdroj: ESA / Hubble & NASA prostredníctvom Wikimedia Commons.

Pred objavením Proxima Centauri však ďalekohľad francúzskeho astronóma Jozefa de Lalande (1732 - 1802) už našiel červeného trpaslíka Lalande 21185 v súhvezdí Ursa Major.

Termín „červený trpaslík“ sa používa na označenie rôznych tried hviezd, vrátane hviezd so spektrálnymi typmi K a M, ako aj hnedých trpaslíkov, hviezd, ktoré v skutočnosti nie sú také, pretože nikdy nemali dostatok hmoty na spustenie reaktora. interné.

Spektrálne typy zodpovedajú povrchovej teplote hviezdy a jej svetlo sa rozkladá na sériu veľmi charakteristických čiar.

Napríklad spektrálny typ K má teplotu 5 000 až 3500 K a zodpovedá žltooranžovým hviezdam, zatiaľ čo teplota typu M je nižšia ako 3500 K a sú to červené hviezdy.

Naše Slnko je spektrálneho typu G, žltej farby a má povrchovú teplotu medzi 5 000 a 6 000 K. Hviezdy s určitým spektrálnym typom majú mnoho spoločných vlastností, z ktorých väčšina určuje hmotnosť. Podľa hmotnosti hviezdy sa bude vyvíjať aj jej vývoj.

Charakteristiky červených trpaslíkov

Červení trpaslíci majú určité vlastnosti, ktoré ich odlišujú. Niektoré sme už spomenuli na začiatku:

- Malá veľkosť.

- Nízka teplota povrchu.

- Nízka rýchlosť spaľovania materiálu.

- Nízka svietivosť.

hmota

Hmota, ako sme povedali, je hlavným atribútom, ktorý definuje kategóriu, ktorej hviezda dosiahne. Červení trpaslíci sú tak hojní, že sa vytvára viac hviezd s nízkou hmotnosťou ako hmotných hviezd.

Je zvláštne, že čas potrebný na vytvorenie hviezd s nízkou hmotnosťou je dlhší ako v prípade veľmi veľkých hviezd. Tieto rastú omnoho rýchlejšie, pretože gravitačná sila, ktorá zhutňuje hmotu v strede, je väčšia, čím je väčšia hmotnosť.

A vieme, že na to, aby bola teplota primeraná, je potrebné určité množstvo kritickej hmoty, aby sa mohli začať fúzne reakcie. Týmto spôsobom hviezda začína svoj dospelý život.

Vytvorenie Slnka trvalo desiatky miliónov rokov, ale hviezda 5-krát väčšia vyžaduje menej ako milión rokov, zatiaľ čo tie najmohutnejšie môžu začať žiariť stovky tisíc.

teplota

Teplota povrchu je, ako už bolo spomenuté, ďalšou dôležitou charakteristikou, ktorá definuje červených trpaslíkov. Malo by to byť menej ako 5 000 K, ale nie menej ako 2 000 K, inak je príliš chladné na to, aby bola skutočnou hviezdou.

Hviezdne objekty s teplotou nižšou ako 2000 K nemôžu mať fúzne jadro a sú to potratené hviezdy, ktoré nikdy nedosiahli kritickú hmotu: hnedí trpaslíci.

Hlbšia analýza spektrálnych čiar môže zabezpečiť rozdiel medzi červeným trpaslíkom a hnedým trpaslíkom. Napríklad dôkaz o lítiu naznačuje, že je to červený trpaslík, ale ak je to metán alebo amoniak, je to pravdepodobne hnedý trpaslík.

Spektrálne typy a Hertzsprung-Russellov diagram

Hertzsprung-Russellov diagram (HR diagram) je graf, ktorý ukazuje charakteristiky a vývoj hviezdy podľa jej spektrálnych charakteristík. Zahŕňa to teplotu povrchu, ktorá, ako sme už povedali, je určujúcim faktorom, ako aj jej svietivosť.

Premenné, ktoré tvoria graf, sú svietivosť na zvislej osi a účinná teplota na vodorovnej osi. Bola vytvorená nezávisle začiatkom 20. rokov 20. storočia astronómami Ejnar Hertzsprung a Henry Russell.

Obrázok 2. HR diagram zobrazujúci červených trpaslíkov v hlavnej sekvencii, v pravom dolnom rohu. Zdroj: Wikimedia Commons. ŽE.

Podľa svojho spektra sú hviezdy zoskupené podľa Harvardovej spektrálnej klasifikácie, pričom teplotu hviezdy uvádzajú v nasledujúcom poradí písmen:

OBAFGKM

Začneme najhorúcejšími hviezdami typu O, zatiaľ čo najchladnejšie sú typu M. Na obrázku sú spektrálne typy na spodnej časti grafu, na modrej lište vľavo, až kým nedosiahnu červená vpravo.

V rámci každého typu existujú variácie, pretože spektrálne čiary majú rôznu intenzitu, potom je každý typ rozdelený do 10 podkategórií označených číslami od 0 do 9. Čím nižšie číslo, tým je hviezda teplejšia. Napríklad Slnko je typu G2 a Proxima Centauri je M6.

Centrálna oblasť grafu, ktorá prebieha zhruba diagonálne, sa nazýva hlavná sekvencia. Väčšina hviezd je tam, ale ich vývoj ich môže viesť k tomu, aby sa vynorili a zaradili sa do iných kategórií, ako je červený obr alebo biely trpaslík. Všetko záleží na hmotnosti hviezdy.

Život červených trpaslíkov sa vždy odohráva v hlavnej sekvencii, a pokiaľ ide o spektrálny typ, nie všetci trpaslíci triedy M sú červení trpaslíci, hoci väčšina z nich je. Ale v tejto triede sú aj supergiantné hviezdy ako Betelgeuse a Antares (vpravo hore v HR diagrame).

vývoj

Život akejkoľvek hviezdy začína kolapsom medzihviezdnej hmoty vďaka pôsobeniu gravitácie. Keď sa hmota aglutinuje, otáča sa rýchlejšie a rýchlejšie a vďaka zachovaniu momentu hybnosti sa splošťuje na disk. V strede je protostar, embryo takpovediac o budúcej hviezde.

Postupom času sa teplota a hustota zvyšujú, až kým sa nedosiahne kritická hmotnosť, pri ktorej fúzny reaktor začína svoju činnosť. Toto je zdroj energie hviezdy v jej najbližšom čase a vyžaduje teplotu jadra asi 8 miliónov K.

Zapálenie v jadre stabilizuje hviezdu, pretože kompenzuje gravitačnú silu, čo vedie k hydrostatickej rovnováhe. To si vyžaduje hmotnosť medzi 0,01 a 100-násobkom hmotnosti Slnka. Ak je hmotnosť väčšia, prehriatie by spôsobilo katastrofu, ktorá by zničila protostar.

Obrázok 3. V prípade červeného trpaslíka fúzia vodíka v jadre vyrovnáva gravitačnú silu. Zdroj: F. Zapata.

Po spustení fúzneho reaktora a dosiahnutí rovnováhy hviezdy skončia v hlavnej sekvencii HR diagramu. Červení trpaslíci emitujú energiu veľmi pomaly, takže ich dodávka vodíka trvá dlho. Spôsob, akým červený trpaslík vyžaruje energiu, je cez mechanizmus prúdenia.

Konverzia vodíka na hélium produkujúca energiu sa vykonáva v červených trpaslíkoch protónovo-protónovými reťazcami, sekvenciou, v ktorej jeden vodíkový ión fúzuje s druhým. Teplota veľmi ovplyvňuje spôsob, akým k tejto fúzii dochádza.

Po vyčerpaní vodíka vodík prestane fungovať a začne proces pomalého chladenia.

Protón-protónový reťazec

Táto reakcia je veľmi častá u hviezd, ktoré sa práve pripojili k hlavnej sekvencii, ako aj k červeným trpaslíkom. Začína to takto:

¹ ₁ H + ¹ ₁ H → ² ₁ H + e ⁺ + v

Kde e ⁺ je pozitrón, vo všetkom identický s elektrónom, okrem toho, že jeho náboj je kladný a ν je neutrino, ľahká a nepolapiteľná častica. Pre jeho časť ² ₁ H je deutérium alebo ťažký vodík.

Potom sa to stane:

¹ ₁ H + ² ₁ H → ³ ₂ On + γ

V tomto prípade y symbolizuje fotón. Obe reakcie sa vyskytujú dvakrát, čo vedie k:

³ ₂ He + ³ ₂ He → ⁴ ₂ He + 2 ( ¹ ₁ H)

Ako tým hviezda vyrába energiu? Existuje malý rozdiel v hmotnosti reakcií, malá strata hmoty, ktorá sa premieňa na energiu podľa Einsteinovej slávnej rovnice:

E = mc ²

Pretože k tejto reakcii dochádza nespočetne veľa krát, čo sa týka obrovského počtu častíc, získaná energia je obrovská. Nie je to však jediná reakcia, ktorá sa odohráva vo vnútri hviezdy, hoci je to najčastejšia u červených trpaslíkov.

Životný čas hviezdy

Ako dlho hviezda žije, závisí aj od jej hmotnosti. Nasledujúca rovnica je odhadom tohto času:

T = M ^-2,5

T je čas a M je hmotnosť. Použitie veľkých písmen je vhodné z dôvodu času a enormnosti omše.

Hviezda ako Slnko žije asi 10 miliárd rokov, ale hviezda 30-krát väčšia ako hmotnosť Slnka žije 30 miliónov rokov a ďalšia ešte mohutnejšia môže žiť asi 2 milióny rokov. Či tak alebo onak, je to večnosť pre ľudí.

Červení trpaslíci žijú oveľa dlhšie ako to vďaka parsimónii, s ktorou utratia svoje jadrové palivo. Pokiaľ ide o čas, ktorý zažívame, červený trpaslík trvá večne, pretože čas, ktorý je potrebný na odstránenie vodíka z jadra, prekračuje odhadovaný vek vesmíru.

Zatiaľ nezomreli žiadni červení trpaslíci, takže všetko, čo sa dá špekulovať o tom, ako dlho žijú a aký bude ich koniec, je vďaka počítačovým simuláciám modelov vytvorených s informáciami, ktoré o nich máme.

Podľa týchto modelov vedci predpovedajú, že keď dôjde k úniku vodíka z červeného trpaslíka, zmení sa na modrého trpaslíka.

Nikto nikdy nevidel hviezdu tohto druhu, ale keď dôjde vodík, červený trpaslík sa nerozšíri na červenú obrovskú hviezdu, ako jedného dňa naše Slnko. Jednoducho zvyšuje svoju rádioaktivitu as ňou aj povrchovú teplotu, ktorá sa zmenila na modrú.

Zloženie červených trpaslíkov

Zloženie hviezd je veľmi podobné, väčšinou ide o obrovské guľôčky vodíka a hélia. Zachovávajú si niektoré z prvkov, ktoré boli prítomné v plyne a prachu, ktorý im dal vznik, a obsahujú tiež stopy prvkov, ktoré predchádzajúce hviezdy pomohli vytvoriť.

Z tohto dôvodu je zloženie červených trpaslíkov podobné zloženiu Slnka, hoci spektrálne čiary sa v dôsledku teploty výrazne líšia. Takže ak má hviezda slabé vodíkové línie, neznamená to, že mu chýba tento prvok.

V červených trpaslíkoch sú stopy ďalších ťažších prvkov, ktoré astronómovia nazývajú „kovmi“.

V astronómii sa táto definícia nezhoduje s tým, čo sa bežne chápe ako kov, pretože sa tu používa na označenie ktoréhokoľvek prvku okrem vodíka a hélia.

výcvik

Proces tvorby hviezd je zložitý a ovplyvňuje ho množstvo premenných. O tomto procese stále nie je veľa známe, ale predpokladá sa, že je rovnaká pre všetky hviezdy, ako je opísané v predchádzajúcich segmentoch.

Faktor, ktorý určuje veľkosť a farbu hviezdy súvisiacu s jej teplotou, je množstvo hmoty, ktorú dokáže vďaka gravitačnej sile pridať.

Otázka, ktorá sa obáva astronómov a ktorá sa ešte musí objasniť, je skutočnosť, že červení trpaslíci obsahujú prvky ťažšie ako vodík, hélium a lítium.

Na jednej strane teória Veľkého tresku predpovedá, že prvé vzniknuté hviezdy musia byť zložené iba z troch najľahších prvkov. U červených trpaslíkov sa však zistili ťažké prvky.

A ak ešte nezomreli žiadni červení trpaslíci, znamená to, že prví červení trpaslíci, ktorí sa vytvorili, musia byť niekde niekde vonku, všetci tvorení svetelnými prvkami.

Neskôr sa mohli tvoriť červení trpaslíci, pretože pri ich tvorbe je potrebná prítomnosť ťažkých prvkov. Alebo, že existujú červení trpaslíci prvej generácie, ale sú takí malí as tak nízkou svietivosťou, že ešte neboli objavení.

Príklady červených trpaslíkov

Ďalej Centauri

Je vzdialená 4,2 svetelných rokov a má hmotnosť ekvivalentnú jednej ôsmej hmotnosti Slnka, ale 40-krát hustejšia. Proxima má silné magnetické pole, vďaka ktorému je náchylné na vzplanutie.

Proxima má tiež aspoň jednu známu planétu: Proxima Centauri b, predstavenú v roku 2016. Predpokladá sa však, že bola zmetená svetlicami, ktoré hviezda často emituje, takže je nepravdepodobné, že bude mať život, aspoň nie tak že vieme, pretože emisie hviezdy obsahujú röntgenové lúče.

Barnardova hviezda

Obrázok 4. Porovnanie veľkostí medzi Slnkom, Barnardovou hviezdou a planétou Jupiter. Zdroj: Wikimedia Commons.

Je to veľmi blízky červený trpaslík vzdialený 5,9 svetelných rokov, ktorého hlavnou charakteristikou je jeho veľká rýchlosť, asi 90 km / s smerom k Slnku.

Je viditeľný cez ďalekohľady a podobne ako Proxima je náchylný aj na svetlice a svetlice. Nedávno bola objavená planéta obiehajúca okolo Barnardovej hviezdy.

Teegarden Star

Tento červený trpaslík s hmotnosťou iba 8% Slnka je v súhvezdí Barana a je viditeľný iba pri výkonných teleskopoch. Patrí medzi najbližšie hviezdy vo vzdialenosti asi 12 svetelných rokov.

Bolo objavené v roku 2002 a zdá sa, že okrem toho, že má svoj vlastný pozoruhodný pohyb, má planéty v tzv. Obývateľnej zóne.

Wolf 359

Je to variabilný červený trpaslík v súhvezdí Leva a je vzdialený takmer 8 svetelných rokov od nášho Slnka. Keďže je to premenlivá hviezda, jej svietivosť sa periodicky zvyšuje, hoci jej svetlice nie sú také intenzívne ako svetlice Proxima Centauri.

Referencie

1. Adams, F. Red trpaslíci a koniec hlavnej sekvencie. Získané z: astroscu.unam.mx.
2. Carroll, B. Úvod do modernej astrofyziky. 2 .. Vydanie. Pearson.
3. Cosmos. Červení trpaslíci. Získané z: astronomy.swin.edu.au.
4. Martínez, D. Hviezdny vývoj. Obnovené z: Knihy Google.
5. Taylor, N. Red Dwarfs: Najčastejšie a najdlhšie prežívané hviezdy. Obnovené z: space.com.
6. Fraknoi, A. Spectra of Stars (a Brown Trpaslíci). Obnovené z: phys.libretexts.org.