Mis on täht ja kuidas see töötab?

Tähed on inimesi alati intrigeerinud, arvatavasti sellest hetkest, kui meie kõige varasem esivanem õue astus ja öötaevasse vaatas. Me läheme ikka öösel välja, kui saame, ja vaatame üles, imestades nende keerduvate objektide üle. Teaduslikult on need astronoomia teaduse aluseks, mis on tähtede (ja nende galaktikate) uurimine. Tähed mängivad olulisi rolle ulmefilmides, telesaadetes ja videomängudes seiklusjuttude taustana. Mis on need sähvatuspunktid, mis näivad olevat paigutatud üle öötaeva mustriteks?

Maalt on meile näha tuhandeid tähti, eriti kui vaatleme tõeliselt tumeda taeva vaatealal). Ainuüksi Linnuteel on neid aga sadu miljoneid, mis pole kõik Maa elanike jaoks nähtavad. Linnutee pole mitte ainult kõigi nende tähtede kodu, see sisaldab "tähtkujusid", kus vastsündinud tähti koorub gaasi- ja tolmupilvedes.

Kõik tähed on väga-väga kaugel, välja arvatud Päike. Ülejäänud asuvad väljaspool meie päikesesüsteemi. Meile lähim on Proxima Centauri, ja see on 4.2 valgusaastad ära.

Enamik tähti, kes on mõnda aega täheldanud, hakkavad märkama, et mõned tähed on teistest heledamad. Tundub, et paljudel on ka nõrk värv. Mõned näevad sinised, teised valged ja veel mõned heledad kollased või punakad. Seal on palju erinevat tüüpi tähed universumis.

Me peesime tähe - Päikese - valguses. See erineb planeetidest, mis on Päikesega võrreldes väga väikesed ja on tavaliselt valmistatud kivimitest (näiteks Maa ja Marss) või jahedatest gaasidest (näiteks Jupiter ja Saturn). Päikese toimimisest aru saades saavad astronoomid saada põhjalikuma ülevaate kõigi tähtede toimimisest. Ja vastupidi, kui nad uurivad kogu elu palju teisi tähti, on võimalik välja mõelda ka meie enda tähe tulevik.

Nagu kõik teisedki universumi tähed, on ka Päike tohutu helge kuuma, hõõguva gaasi sfäär, mida hoiab koos tema enda gravitatsioon. See elab Linnutee galaktikas koos umbes 400 miljardi teise tähega. Nad kõik töötavad sama põhiprintsiibi järgi: nad sulanduvad oma südamikus aatomid soojuse ja valguse saamiseks. Kuidas täht töötab.

Päikese jaoks tähendab see, et vesiniku aatomid on kõrge kuumuse ja rõhu all kokku surutud. Tulemuseks on heeliumi aatom. See sulandumisprotsess vabastab soojust ja valgust. Seda protsessi nimetatakse "tähe nukleosünteesiks" ja see on paljude universumi elementide allikas, mis on raskemad kui vesinik ja heelium. Nii saab tulevane universum tähtedest nagu Päike sellistest elementidest nagu süsinik, mille ta vananedes moodustab. Väga "rasked" elemendid, näiteks kuld või raud, valmistatakse massiivsemates tähtedes, kui nad surevad, või isegi neutronitähtede katastroofilistel kokkupõrgetel.

Kuidas teeb täht seda "tähe nukleosünteesi" ja ei puhka ennast protsessis lahku? Vastus: hüdrostaatiline tasakaal. See tähendab, et tähe massi (mis tõmbab gaasid sissepoole) gravitatsiooni tasakaalustab soojuse ja valguse välimine rõhk - kiirgus rõhk - tekitatud tuumasünteesi toimumisel tuumas.

See sulandumine on loomulik protsess ja võtab tohutult energiat, et algatada piisavalt sulandumisreaktsioone, et tasakaalustada tähe gravitatsioonijõudu. Vesiniku sulatamise alustamiseks peab tähe tuum olema temperatuuril üle 10 miljoni Kelvini. Näiteks meie Päikese sisetemperatuur on umbes 15 miljonit kelvinit.

Tärni, mis kulutab vesinikku heeliumi moodustamiseks, nimetatakse "peamise järjestusega" täheks kogu aeg, kui see on vesinikku ühendav objekt. Kui ta kogu oma kütuse ära kasutab, tuum kahaneb, kuna välimine kiirgusrõhk pole gravitatsioonijõu tasakaalustamiseks enam piisav. Tuuma temperatuur tõuseb (kuna see on kokkusurutud) ja see annab sellele piisavalt "oomph", et heeliumi aatomite sulamise alustamiseks hakataks süsinikku. Sel hetkel muutub täht punaseks hiiglaseks. Hiljem, kui kütus ja energia otsa saab, tärm kahaneb iseenesest ja muutub valgeks kääbuseks.

Tähe evolutsiooni järgmine etapp sõltub selle massist, sest see dikteerib kuidas see lõpeb. Madala massiga täht, nagu meie Päike, on teistsugune saatus suurema massiga tähtedest. See puhub välja oma väliskihid, luues planetaarse udukogu mille keskel on valge kääbus. Astronoomid on uurinud paljusid teisi selle protsessi läbinud tähti, mis annab neile suurema ülevaate sellest, kuidas Päike oma elu mõne miljardi aasta pärast lõpetab.

Suure massiga tähed erinevad Päikesest aga paljuski. Nad elavad lühikest elu ja jätavad maha uhked jäänused. Kui nad plahvatavad nagu supernoovad, plahvatavad nad oma elemendid kosmosesse. Parim näide supernoovast on Krabi udukogu Sõnnes. Algtähe tuum on maha jäetud, kuna ülejäänud selle materjal lõhkatakse kosmosesse. Lõpuks võib tuum tihendada, et saada neutronitäht või must auk.

Tähed eksisteerivad miljardites galaktikates kogu universumis. Nad on oluline osa kosmose evolutsioonist. Need olid esimesed objektid, mis moodustasid enam kui 13 miljardit aastat tagasi ja hõlmasid varasemaid galaktikaid. Kui nad surid, muutsid nad varase kosmose. Põhjus on see, et kõik need elemendid, mille nad oma südamikus moodustavad, jõuavad tähtede surma korral kosmosesse tagasi. Ja need elemendid moodustavad lõpuks kokku uued tähed, planeedid ja isegi elu! Sellepärast ütlevad astronoomid sageli, et me oleme tehtud "tähe asju".

Toimetanud Carolyn Collins Petersen.