Hvor stor er en stjerne? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Astrofysik > Hvor stor er en stjerne?

21. november 2015

Hvor stor er en stjerne?

Hej Spørg om Fysik
Hvor stor er en stjerne? Mit barnebarn, Gustav, på 7 år spurgte mig forleden dag om, hvor stor en stjerne er? Jeg har googlet emnet, uden resultat, hvorfor jeg videresender hans spørgsmål.

Mange hilsner
G og J N

Hvor stor er en stjerne

Stjerner kendes i mange forskellige størrelser. Det man kalder en stjerne, er en gassky, som har så stor en masse, at der starter fusion i de centrale dele, og denne energiproduktion får så stjernen til at lyse.

Stjerner har mange størrelser

Gravitationen frembringer det høje tryk og sammenpresningen også høj temperatur. Stjernen lyser så i nogen milliarder år indtil brinten (hydrogen) i centrum er opbrugt, der kommer så nogle andre fusionsprocesser, som bevirker, at stjernen bliver større.

Solens "livsforløb" fra skabelse til hvid dværg og planetarisk tåge

Slutproduktet er et ret lille og tungt legeme for stjerner indtil 8 gange solens masse, som kaldes en hvid dværg. Man kalder det stadig en stjerne, selv om der ikke mere sker fusion i centrum. Dette sker for solen om ca. 4,5 milliarder år, hvor den svulmer op så dens radius når ud forbi jordbanen. Derefter bliver den efterhånden en hvid dværg.

Solen, den til tider hidsige vært i solsystemet

Hvide dværge er altså stjerner med en masse som solens, men hvor stjernen ikke er større end jorden og altså har en meget høj densitet. Alle stjerner med masser mindre end 8 gange solmassen ender deres dage som hvide dværge. I visse tilfælde kan det ende som en neutronstjerne, hvor atomerne er ”faldet sammen”. Neutronstjerner har masser på ca.1,3 – 2 gange solens masse men en diameter på 10 – 20 km. Typisk temperatur 600 000 K Densiteten er så omkring 3*1017 til 6*1017 kg/m3. En tændstik lavet af dette materiale vil veje ca. 70 000 000 tons (man antager at massen i sorte huller kan have højere densitet).

Solen: Solens radius er 6,9599 *108 m altså ca. 700 000 km. Massen er 1,989 *1030 kg dvs. ca. 2 efterfulgt af 30 nuller. Jordens masse er ca. 5,976*1024 kg dvs. solens masse er ca. 1/3 million gange større end jordens. Jordens radius er tilsvarende 6,4 tusinde km eller solen radius er knapt 110 gange større end jordradius. Solens samlede udstråling er 3,8*1026 W, overfladetemperatur ca. 6000 K.

Hertzsprung-Russel-diagrammet, solen ligger nederst i linjen og har betegnelsen som en G stjerne

Den største planet i vort solsystem er Jupiter, radius 71 492 km eller solens radius er 9,7 gange Jupiters og masse 1,899 *1027 kg eller solen er ca. 1047 gange tungere (Jupiter er ca. 318 gange tungere end jorden, selv om det er en gasplanet)..

De mindste stjerner (med energiproduktion) man kender, har en masse der er omkring 0,06 solmasse og en radius, som er ca. 0,1 gange solens radius. Jupiter er altså måske 100 gange lettere end det ville være nødvendigt, for at den kunne være en stjerne i stedet for en planet, så vi er ikke så langt fra at kunne have fået to sole i vort solsystem.
 

Betelgeyse

Mange stjerner ligger i noget der hedder hovedserien, som er den skrå linje over Hertzsprung-Russel-diagrammet man kan indordne stjernerne i (Ejnar Hertzsprung, da, astronom og kemiker,  1873-1967), hvor man kan beskrive stjernernes udviklingshistorie, størrelse, masse, lysstyrke mm., det gælder f.eks. solen. De har radier fra 0,1 til 12 gange solens radius og masser fra 0,06 til 60 gange solens.

Overfladetemperaturen og dermed udstrålingen vokser med radius. Overfladetemperaturerne er fra ca. 2700 til 45 000 K. Forskelle i lysstyrker er 10 – 100 millioner gange, men i alt op til knap 1 million gange solens lysstyrke..

Betelgeuse ligger i stjernebilleder Orion

Der findes også en klasse der hedder røde kæmpestjerner, som har et varmt centralområde omgivet af et meget udstrakt tyndt gasområde, stjerner med en meget høj overflade temperatur og en masse mange gange solens masse. Deres radier er fra 5 til 40 gange solens radius og masser fra 1 til 20 gange solmassen, temperaturer fra 3300 til 30 000 K. Lysstyrkerne er op til 100 000 gange solens lysstyrke.

Superkæmper. Masser fra 12 til 70 gange solens masse, radier fra 30 til 500 gange solradius, temperaturer fra 3 899 til 40 000 K lysstyrke op til 1 million gange solens. Disse ender i det man kalder en supernova eksplosion type ll, hvor ca. 10 % af stjernens eksploderer og stof slynges ud (med hastigheder op til 30 000 km/s) og resten bliver en neutronstjerne (meget lille).  Supernovaer kan opstå fra 8 til 250 gange solens masse. Lysstyrken i udbruddet bliver op til ca. 5 milliarder gange solens lysstyrke. Eks. Superkæmpe: Betelgeuse som findes i Orion stjernebilledet. Størrelse, har vi en superkæmpe med 500 gange solens radius dvs. 3,5*1011 m, har den altså en radius som i solsystemet ville nå ud til nær Jupiter altså meget længere ud end jordbanen. Lægger vi en lysleder halvvejs rundt om sen sådan stjerne, og hvis vi antager at lyset i lyshastighed i lyslederen (det har lyset

Eksempler på planetariske tåger

ikke, det går noget langsommere, strækningen er 1,1*1012 m) vil tiden for en opringning til den når frem være 3644 sek. altså over en time, med den virkelige lyshastighed 1½ time. Den lyser med en luminositet som er 100 000 – 150 000 gange solen. Antares som ligger i skorpionen er 883 solradier i radius, har en masse på 12,4 solmasser og luminositet på 57 500 gange solens.

Stjerner fra 1,4 til 8 gange solmassen kan ende lidt mindre dramatisk som novaer, specielt hvis de er dobbeltstjerner (to stjerner som kredser om hinanden), som også er en kraftigt eksploderende stjerne bare langt mindre eksplosion og af andre grunde.

Sirius en dobbeltstjerne (stor og lille stjerne)

Stjerner mindre end 8 solmasser kan ende deres dage med at pulsere så kraftigt, at de yderste lag kommer op på over undvigelseshastigheden og forsvinder ud i rummet. Det ses som en planetarisk tåge.

Lidt om liv i universet. De store stjerner har generelt kortere levetid end vor sol, fordi de udsender så mange gange mere energi, specielt hvis temperaturen er høj fordi energiudstrålingen vokser med T4, hvor T er den absolutte temperatur.

Krabbetågen et eksempel på resterne af en supernova

Med det vi ved, vil der derfor næppe kunne opstå liv omkring de meget store stjerner, de lever simpelthen i for kort tid, til at livet kan nå at udvikle sig. Et ret stort antal stjerner er dobbeltstjerner (f.eks. Sirius, Hundestjernen), dvs. systemer med 2 stjerner der kredser om hinanden, der vil der næppe heller kunne opstå liv fordi planeterne vil få meget varierede strålingsmængder i et kompliceret omløb omkring de to stjerner, i en sådan grad at de processer, der skal ske, for at livet opstår, næppe kan lykkedes. Vi må forvente, at eventuelt liv i det store og hele er i solenden af hovedserien, specielt som vor sol, fordi den har den lange stabile levetid.

Med venlig hilsen
Malte Olsen