RDEČI ŠKRAT: ODKRITJE, ZNAČILNOSTI, EVOLUCIJA, SESTAVA - ARTE - 2026

Rdeča pritlikavka je majhen, kul zvezda katerih masa je med 0,08 in 0,8-krat večjo maso od Sonca so najbolj bogate in najdlje živeli zvezde v vesolju: do tri četrtine vseh doslej znanih. Zaradi nizke svetilnosti jih ni mogoče opaziti s prostim očesom, čeprav so v bližini Sonca številne: od 30 bližnjih zvezd je 20 rdečih palčkov.

Najbolj opazna je njegova bližina Proxima Centauri v ozvezdju Centaurus, ki je oddaljeno 4,2 svetlobna leta. Odkril ga je leta 1915 škotski astronom Robert Innes (1861-1933).

Slika 1. Rdeči pritlikavec Proxima Centauri je del zvezdnega sistema Alpha Centauri v ozvezdju Centauri. Vir: ESA / Hubble in NASA prek Wikimedia Commons.

Toda preden so odkrili Proxima Centauri, je teleskop francoskega astronoma Josepha de Lalandeja (1732-1802) že našel rdečega pritlikavca Lalande 21185 v ozvezdju Velika Ursa.

Izraz "rdeči škrat" se uporablja za označevanje različnih razredov zvezd, vključno s tistimi s spektralnimi vrstami K in M, pa tudi rjavimi pritlikavkami, zvezdami, ki v resnici niso takšne, ker nikoli niso imele dovolj mase, da bi zagnale svoj reaktor notranji.

Spektralni tipi ustrezajo površinski temperaturi zvezde in njena svetloba se razbije na vrsto zelo značilnih linij.

Na primer, spektralni tip K ima temperaturo med 5000 in 3500 K in ustreza rumeno-oranžnim zvezdam, medtem ko je temperatura tipa M nižja od 3500 K in so rdeče zvezde.

Naše Sonce je spektralnega tipa G, rumene barve in ima površinsko temperaturo med 5000 in 6000 K. Zvezde z določenim spektralnim tipom imajo številne skupne značilnosti, od katerih je največ določena masa. Glede na maso zvezde, tak bo tudi njen razvoj.

Značilnosti rdečih palčkov

Rdeči palčki imajo določene značilnosti, ki jih razlikujejo. Na začetku smo jih že omenili:

-Najmanjša velikost.

-Nizka temperatura površine.

-Nizka hitrost zgorevanja materiala.

-Nizka svetilnost.

Maša

Masa, kot smo že rekli, je glavni atribut, ki določa kategorijo, do katere zvezda doseže. Rdečih palčkov je tako obilo, ker se oblikuje več zvezd z nizko maso kot masivne zvezde.

Zanimivo pa je, da je čas, da se zvezde z majhno maso oblikujejo, daljši kot za zelo masivne zvezde. Te rastejo veliko hitreje, ker je sila gravitacije, ki stisne zadevo v središču, večja, večja je masa.

In vemo, da je potrebna določena količina kritične mase, da je temperatura ustrezna, da lahko sprožimo fuzijske reakcije. Na ta način zvezda začne svoje odraslo življenje.

Sonce je potrebovalo več deset milijonov let, toda zvezda, petkrat večja, zahteva manj kot milijon let, medtem ko najbolj množične lahko začnejo sijati v sto tisočih.

Temperatura

Temperatura površine je, kot že rečeno, še ena pomembna lastnost, ki opredeljuje rdeče pritlikavke. Moral bi biti manjši od 5000K, vendar ne manjši od 2000K, sicer je preveč kul, da bi bil prava zvezda.

Zvezdni predmeti s temperaturo nižjo od 2000 K ne morejo imeti fuzijskega jedra in so splavljene zvezde, ki nikoli niso dosegle kritične mase: rjavi pritlikavci.

Globoka analiza spektralnih linij lahko zagotovi razliko med rdečim pritlikavcem in rjavim pritlikavcem. Dokazi o litiju na primer kažejo, da gre za rdečega pritlikavca, če pa je metan ali amoniak, je verjetno rjavi pritlikavec.

Spektralni tipi in Hertzsprung-Russell-ov diagram

Shema Hertzsprung-Russell (HR diagram) je graf, ki prikazuje značilnosti in razvoj zvezde glede na njene spektralne značilnosti. Sem spada temperatura površine, ki je, kot smo rekli, odločilni dejavnik, pa tudi njegova svetilnost.

Spremenljivke, ki sestavljajo graf, so svetilnost na navpični osi in efektivna temperatura na vodoravni osi. Samostojno so jo ustvarili v zgodnjih 1900-ih astronomi Ejnar Hertzsprung in Henry Russell.

Slika 2. Diagram HR, ki prikazuje rdeče palčke v glavnem zaporedju, v spodnjem desnem kotu. Vir: Wikimedia Commons. TO.

Po svojem spektru so zvezde razvrščene po harvardski spektralni klasifikaciji, ki označujejo temperaturo zvezde v naslednjem zaporedju črk:

OBAFGKM

Začnemo pri najbolj vročih zvezdah tipa O, najhladnejše pa so vrste M. Na sliki so spektralni tipi na dnu grafa, na modro obarvani vrstici na levi strani, dokler ne dosežemo rdeča na desni.

Znotraj vsake vrste obstajajo variacije, saj imajo spektralne črte različno intenzivnost, nato pa je vsak tip razdeljen na 10 podkategorij, ki jih označujejo s številkami od 0 do 9. Čim nižje je število, bolj je vroča zvezda. Na primer, Sonce je tipa G2, Proxima Centauri pa M6.

Osrednje območje grafa, ki poteka približno diagonalno, imenujemo glavno zaporedje. Večina zvezd je tam, vendar jih njihov razvoj lahko pripelje do odhoda in umestitve v druge kategorije, na primer rdečega velikana ali belega pritlikavca. Vse je odvisno od mase zvezde.

Življenje rdečih palčkov vedno poteka v glavnem zaporedju, glede na spektralni tip pa niso vsi škrati razreda M rdeči palčki, čeprav jih večina. Toda v tem razredu so tudi superjaške zvezde, kot sta Betelgeuse in Antares (zgoraj desno v diagramu HR).

Evolucija

Življenje katere koli zvezde se začne s propadom medzvezdne snovi zahvaljujoč delovanju gravitacije. Ko se zadeva aglutinira, se vrti hitreje in hitreje ter se sploši v disk, zahvaljujoč ohranitvi kotnega zagona. V središču je protostar, zarodek, tako rekoč prihodnja zvezda.

S časom se temperatura in gostota povečujeta, dokler ne dosežemo kritične mase, v kateri fuzijski reaktor začne svojo aktivnost. To je vir energije zvezde v njenem prihodnjem času in zahteva osrednjo temperaturo približno 8 milijonov K.

Vžig v jedru stabilizira zvezdo, ker kompenzira gravitacijsko silo in tako vzpostavi hidrostatično ravnovesje. Za to je potrebna masa med 0,01 in 100-krat večjo maso Sonca. Če je masa večja, bi pregrevanje povzročilo katastrofo, ki bi uničila protostar.

Slika 3. V rdečem pritlikavcu zlitje vodika v jedru uravnoteži silo gravitacije. Vir: F. Zapata.

Ko se fuzijski reaktor zažene in se doseže ravnotežje, zvezde končajo v glavnem zaporedju HR-diagrama. Rdeči palčki oddajajo energijo zelo počasi, zato njihova oskrba z vodikom traja dlje časa. Način, kako rdeči škrat oddaja energijo, je skozi mehanizem konvekcije.

Pretvorba vodika v helij, ki ustvarja energijo, v rdečih pritlikavcih izvaja protonske-protonske verige, zaporedje, v katerem se en vodikov ion zliva z drugim. Temperatura močno vpliva na način te fuzije.

Ko se vodik izčrpa, zvezdin reaktor preneha delovati in začne se počasen proces hlajenja.

Proton-protonska veriga

Ta reakcija je zelo pogosta pri zvezdah, ki so se pravkar pridružile glavnemu zaporedju, pa tudi pri rdečih palčkih. Začne se tako:

¹ ₁ H + ¹ ₁ H → ² ₁ H + e ⁺ + ν

Kjer je e ⁺ pozitron, je v vsem enak elektronu, le da je njegov naboj pozitiven in ν nevtrino, lahek in neuničljiv delec. Pri svojem delu ² ₁ H devterij ali težka vodik.

Potem se zgodi:

¹ ₁ H + ² ₁ H → ³ ₂ He + γ

V slednjem γ simbolizira foton. Obe reakciji se zgodita dvakrat, kar ima za posledico:

³ ₂ He + ³ ₂ He → ⁴ ₂ He + 2 ( ¹ ₁ H)

Kako zvezda ustvarja energijo s tem? No, obstaja majhna razlika v masi reakcij, majhna izguba mase, ki se pretvori v energijo po Einsteinovi znani enačbi:

E = mc ²

Ker se ta reakcija pojavlja neštetokrat in vključuje ogromno število delcev, je pridobljena energija ogromna. Ni pa edina reakcija, ki se odvija znotraj zvezde, čeprav je najpogostejša pri rdečih palčkih.

Življenjski čas zvezde

Kako dolgo zvezda živi, ​​je odvisno tudi od njene mase. Naslednja enačba je ocena tistega časa:

T = M ^-2,5

Tu je T čas, M pa masa. Uporaba velikih črk je zaradi časa in ogromnosti množice primerna.

Zvezda, kot je Sonce, živi približno 10 milijard let, a 30-krat večja sončna masa živi 30 milijonov let, druga, še bolj množična, pa lahko živi približno 2 milijona let. Kakor koli že, to je človeštvo večnost.

Rdeči pritlikavci živijo veliko dlje od tega, zahvaljujoč parčevanju, s katerim porabljajo svoje jedrsko gorivo. Rdeči škrat glede na čas, ki ga doživljamo, traja večno, saj čas, ki je potreben za izčrpavanje vodika iz jedra, presega ocenjeno starost vesolja.

Noben rdeči palček še ni umrl, zato lahko vse ugibamo, kako dolgo živijo in kakšen bo njihov konec, zaradi računalniških simulacij modelov, ustvarjenih z informacijami, ki jih imamo o njih.

Po teh modelih znanstveniki napovedujejo, da se bo rdečemu škratu zmanjkalo vodika, ki se bo spremenil v modrega pritlikavca.

Nihče še ni videl takšne zvezde, toda ko se vodik obrabi, se rdeči palček ne razširi v rdečo orjaško zvezdo, kot bo nekoč naše Sonce. Preprosto poveča svojo radioaktivnost in s tem svojo površinsko temperaturo postane modra.

Sestava rdečih palčkov

Sestava zvezd je zelo podobna, večinoma gre za ogromne kroglice vodika in helija. Ohranijo nekatere elemente, ki so bili prisotni v plinu in prahu, ki so jih povzročili, zato vsebujejo tudi sledove elementov, ki so jih prejšnje zvezde pomagale ustvariti.

Zaradi tega je sestava rdečih pritlikav podobna sestavi Sonca, čeprav se spektralne črte zaradi temperature močno razlikujejo. Če ima zvezda šibke vodikove črte, to še ne pomeni, da ji ta element primanjkuje.

V rdečih palčkih so sledi drugih težjih elementov, ki jih astronomi imenujejo "kovine".

V astronomiji ta definicija ne sovpada s tistim, kar se običajno razume kot kovina, saj se tukaj uporablja za sklicevanje na kateri koli element, razen vodika in helija.

Usposabljanje

Proces nastajanja zvezd je zapleten in nanj vplivajo številne spremenljivke. O tem procesu je še veliko neznanega, vendar velja, da je enako za vse zvezde, kot je opisano v prejšnjih segmentih.

Faktor, ki določa velikost in barvo zvezde, povezano z njeno temperaturo, je količina snovi, ki ji jo uspe dodati zaradi sile gravitacije.

Vprašanje, ki skrbi astronomov in ki jih je treba še razjasniti, je dejstvo, da rdeči palčki vsebujejo elemente, težje od vodika, helija in litija.

Po eni strani teorija velikega poka predvideva, da morajo biti prve zvezde sestavljene iz treh najlažjih elementov. Vendar so v rdečih palčkih odkrili težke elemente.

In če še niso umrli nobeni rdeči palčki, to pomeni, da morajo biti prvi rdeči palčki, ki so se oblikovali, še nekje zunaj, sestavljeni iz lahkih elementov.

Potem se bodo lahko kasneje oblikovali rdeči pritlikavci, saj je pri njihovem ustvarjanju potrebna prisotnost težkih elementov. Ali da obstajajo rdeče pritlikavke prve generacije, ki pa so tako majhne in s tako nizko svetilnostjo, še niso odkrili.

Primeri rdečih palčkov

Naslednji Centauri

Oddaljena je 4,2 svetlobna leta in ima maso, enakovredno osmi masi Sonca, vendar 40-krat gosto. Proxima ima močno magnetno polje, zaradi česar je nagnjen k plamenju.

Proxima ima tudi vsaj en znani planet: Proxima Centauri b, razkritega leta 2016. A verjamejo, da so ga odnesli mehurčki, ki jih zvezda pogosto oddaja, zato je življenje malo verjetno, vsaj ne tako kar vemo, saj emisije zvezde vsebujejo rentgenske žarke.

Barnardova zvezda

Slika 4. Primerjava velikosti med Soncem, Barnardovo zvezdo in planetom Jupiterjem. Vir: Wikimedia Commons.

Gre za zelo blizu rdečega pritlikavca, oddaljenega 5,9 svetlobnih let, katerega glavna značilnost je njegova velika hitrost, približno 90 km / s v smeri Sonca.

Viden je preko teleskopov in podobno kot Proxima, je tudi nagnjen k mehurjem in mehurjem. Pred kratkim so odkrili planet, ki kroži okoli Barnardove zvezde.

Teegarden Star

Ta rdeči pritlikavec, ki znaša le 8% mase Sonca, je v ozvezdju Ovna in ga je mogoče videti le z močnimi teleskopi. Je med najbližjimi zvezdami, na razdalji približno 12 svetlobnih let.

Odkrili so ga leta 2002, poleg tega, da ima svoje lastno izjemno gibanje, se zdi, da ima planete v tako imenovanem območju bivanja.

Volk 359

Gre za spremenljivo rdečo pritlikavko v ozvezdju Leva in je skoraj 8 svetlobnih let oddaljeno od našega Sonca. Ker je spremenljiva zvezda, se njena svetilnost občasno povečuje, čeprav njeni žarki niso tako intenzivni kot tisti v Proximi Centauri.

Reference

1. Adams, F. Rdeči palčki in konec glavnega zaporedja. Pridobljeno: astroscu.unam.mx.
2. Carroll, B. Uvod v sodobno astrofiziko. 2. Izdaja. Pearson.
3. Kozmos. Rdeči palčki. Pridobljeno: astronomija.swin.edu.au.
4. Martínez, D. Zvezdna evolucija. Pridobljeno iz: Google Knjige.
5. Taylor, N. Rdeči palčki: najpogostejše in najdlje žive zvezde. Pridobljeno: space.com.
6. Fraknoi, A. Spektri zvezd (in rjavi palčki). Pridobljeno: phys.libretexts.org.