Hlavní obsah
Kurz: Kosmologie a astronomie > Kapitola 2
Lekce 1: Život a smrt hvězdZrození červeného obra
Zrození červeného obra Tvůrce: Sal Khan.
Chceš se zapojit do diskuze?
Zatím žádné příspěvky.
Transkript
V minulém videu jsme měli velký
oblak tvořený atomy vodíku, které dále houstnou
a jsou velmi stlačené. Můžeme říct, že to
jsou koule atomů vodíku. Když jsou tlak i teplota dostatečně
vysoké, jak jste viděli v minulém videu, tak se atomy vodíku dostanou
dostatečně blízko k sobě, abychom získali velkou sílu k fúzi, ke
které dojde, a k uvolnění energie. Poté tato energie začne vlastně
kompenzovat sílu gravitace. Takže se celá hvězda, nyní už je
to hvězda, nezhroutí do sebe. Jakmile jsme zde, tak se
nacházíme v hlavní fázi života hvězdy. V tomto videu se chci zamyslet
nad tím, co se ve hvězdě stane poté. Takže počáteční fáze života.
Máme jádro hvězdy. Tohle je hvězdné jádro
a máte vodík spojující se do hélia a celé to uvolňuje spoustu energie. Té energie, která zabraňuje jádru
v implozi. Je to druh síly směřující ven, která kompenzuje sílu gravitace, která
chce nechat vše se zhroutit a rozdrtit. Tak máte jádro hvězdy, hvězdy jako je Slunce, a tu energii, která
zahřívá všechny ostatní plyny okolo jádra, tím vytvoří ten zářící objekt, který
vidíme jako hvězdu, u nás je to Slunce. Při tom, jak se nyní vodík mění
na hélium, si dokážete představit, že se v jádru formuje více a více hélia.
Znázorním zelenou hélium, které se formuje v jádru. Čím blíže se dostanete ke středu, tím bude
vyšší tlak a rychlejší fúze a vznícení, ke které dojde. Ve skutečnosti větší
hmota hvězdy znamená větší tlak a tím pádem rychlejší výskyt fúze. Tak máte hélium narůstající uvnitř jádra,
podle toho, jak se vodík v jádru taví. K čemu tam nyní může docházet?
Hélium je atom s větší hustotou. To znamená, že obsahuje více
hmoty na menším prostoru, takže zatímco se více a více
vodíku přeměnilo na hélium, bude se jádro samo o sobě zmenšovat. Nakreslím tady menší jádro.
Jádro se tedy samo o sobě bude zmenšovat a nyní má v sobě mnohem více hélia.
Teď se pojďme držet nejzazšího bodu, kde máme jen hélium,
vše je mnohem hustší. Stejné množství hmoty, které je v téhle
kouli, je nyní v této s větší hustotou, v héliové kouli, takže tam bude
stejně gravitační přitažlivosti, ale vše se dostává k sobě ještě blíže,
a jak víme, tak čím blíže jste ke hmotě, tím silnější je působení gravitace. Tak
místo aby vodík reagoval jen v jádru, tak máte fúzi vodíku
probíhající okolo povrchu jádra. Vodíkové fúze okolo povrchu jádra. A jen aby bylo jasno, tak
toto všechno neprobíhá najednou. Je to pozvolný proces,
tak jak máme více a více hélia v jádru, tak se jádro stává hustším,
hustším a hustším. Tím se tlak blízko
jádra zvětšuje a zvětšuje, protože jste schopni se dostat blíže
k těžšímu jádru, neboť je nyní hustší. Jak stále roste tlak blízko jádra, tak
fúzní reakce probíhají rychleji, dokud se nedostanete do tohoto bodu. Upřesním to. Máte héliové
jádro, všechen vodík v jádru byl použit a poté máte vodík přímo
u jádra pod obrovským tlakem. Ve skutečnosti je pod větším tlakem, než
byl, když tam bylo pouze vodíkové jádro, protože je nyní mimo jádro tolik
hmoty, která se snaží, můžeme říci, působit směrem dolů
čili gravitační silu dolů. Snaží se dostat do ještě
hustšího héliového jádra, protože všechno se může dostat blíže.
Teď máte fúze probíhající ještě rychleji. Dochází k nim ve velkém poloměru, takže
toto je rychlá fúze přes velký poloměr a tato síla je bude vytlačovat... Energie vzniklá z fúze nyní vytlačí
tyto vnější vrstvy hvězdy ještě dále. Takže po celý čas tohoto pozvolného
procesu přeměny vodíku na hélium, fúzí na hélium v jádru, vodík okolo
jádra začíná hořet rychleji a rychleji. Nemůžu říct hořet, fúze bude rychlejší
a rychlejší přes větší poloměr. Trochu neintuitivní je, že fúze se děje
rychleji i přes velký poloměr. Je to tak, jelikož máte hustší jádro, a to
způsobuje ještě větší tlak gravitace. A tímto procesem se
hvězda stává zářivější. Také fúzní reakce, co probíhají,
jsou mnohem intenzivnější a nad větším poloměrem a mohou
vyloučit z hvězdy ještě více materiálu. Poloměr hvězdy se sám
o sobě stává větším a větším. Pokud by tato hvězda vypadala takto... Pokud je tato hvězda...
Možná to raději nakreslím bílou. Pokud tato hvězda vypadá takhle...
Tohle není bílá. Co se děje s mým měničem
barev? Tady to je. Tato hvězda
vypadala takto. Teď tato hvězda, protože rychlejší fúzní
reakce probíhá na větším poloměru, se stane mnohem větší, a to ani nejsem
schopný nakreslit ve správném měřítku. V případě našeho Slunce bude
v tomto bodě průměr 100krát větší. A v tomto bodě to je rudý obr. A důvod, proč je ‚rudější‘ než tenhle,
je, že přestože se fúze dějí zuřivěji, energie je rozptýlena na větší plochu. Takže skutečná teplota povrchu
rudého obra bude nižší. To znamená, že bude vyzařovat
světlo o vyšší vlnové délce. Bude to rudější vlnová délka, než je tady. Toto jádro nehořelo tak
zuřivě jako jádro tady, ale energie tady byla
rozptýlená v menším objemu, takže tady bude větší teplota povrchu. Tady jádro už dále nehoří, jádro
je nyní z hélia, proto už nehoří, stává se hustším a hustším,
zatímco se hélium ukládá v jádru, ale tavení vodíku se tu
vyskytuje mnohem intenzivněji. Dochází k němu „žhavějším“ způsobem,
ale povrch zůstává chladnější kvůli větší ploše povrchu, narůstající teplo je více než
kompenzováno růstem hvězdy. Tohle se nyní bude
dít stále a stále dokola a tlak bude stále intenzivnější,
protože se bude vytvářet více hélia. Jádro se bude dále hroutit
a teplota dále poroste. Můžeme říct, že první vznícení, první fúze
se vyskytne okolo 10 milionů kelvinů. A tato věc se bude zahřívat, dokud
nedosáhne 100 milionů kelvinů! A to teď mluvím o hvězdě
podobné hmotnosti, jako má Slunce. Některé hvězdy nebudou nikdo dost
masivní na to, aby jádro houstlo tak, že teplota dosáhne 100 milionů kelvinů. Pojďme mluvit o případech,
kdy k tomu dojde. Nakonec se dostanete do bodu,
kdy stále jsme uvnitř fáze rudého obra. Máme tuhle obrovskou
hvězdu a máme héliové jádro, héliové jádro stále houstne a houstne,
pak máme okolo vodíkovou skořápku, která se okolo stále fúzí mění na hélium.
Tohle je naše vodíková skořápka. Fúze vodíku se vyskytuje
v téhle žluté skořápce, díky které se poloměr
hvězdy zvětšuje. rozpíná se, ale pouze
když je teplota dostatečně vysoká. A myslím si, že máte tušení,
jak se těžké prvky formují ve vesmíru. A všechny těžké prvky, které tu můžete
vidět, včetně těch, které jsou ve vás, byly vytvořeny tímto
způsobem, původně z vodíku. Když se jádro stane dostatečně
žhavé, 100 milionů kelvinů, tak kvůli obrovskému tlaku
pak hélium samo začne s fúzí. Pak zde budeme mít jádro, kde
hélium samo začne s fúzí. A to nyní mluvíme o situaci,
kde máme hélium a vodík a budou se tvořit
všechny možné kombinace. Ale obecně se bude hélium
měnit na uhlík a kyslík. Ty se vytvoří jiné věci,
bude to pak mnohem složitější a já nechci zabíhat do podrobností. Ukážu periodickou tabulku. Minule jsem ji neměl,
nějak jsem ji ztratil. Vodík má jeden proton
a nemá neutrony, a když se v hlavní
fázi mění na hélium, které má 2 protony a 2 neutrony, tak potřebujeme 4 tyto,
abychom dostali 1 tento, protože hélium má nukleonové číslo 4,
pokud mluvíme o héliu-4. Tedy hélium, jakmile se dostane
na 100 milionů kelvinů, může začít s fúzí. Pokud máte zhruba tři hélia – další prvky
přicházejí a opouštějí reakce –, můžete dostat uhlík. Alespoň 4 hélia je dost,
abyste dostali kyslík. Začínáme s fúzí těžších
prvků. A co se stane? Hélium tvoří fúzí uhlík a kyslík, a tak můžete začít budovat
uhlíkové a kyslíkové jádro. U toho skončím,
protože jsem si uvědomil, že jsem už překročil 10minutový limit,
který jsem si určil. Chci po vás, abyste se zamysleli
nad tím, co se pravděpodobně stane, jestliže hvězda nikdy nevyroste tak,
aby začala tavit uhlík a kyslík. Pokud získá dost hmoty, tak se
stane supermasivní hvězdou, bude schopná zahřívat uhlíkové a kyslíkové
jádro až na 600 milionů kelvinů a začne s fúzí na ještě těžší prvky. Zamysleme se nad tím,
co se stane se Sluncem, které není dostatečně velké
a nemá dostatečný tlak, který by začal tavit uhlík a kyslík. A to bude téma dalšího videa.