Vad är en stjärna och hur fungerar det?

Stjärnorna har alltid fascinerat människor, förmodligen från det ögonblick som vår tidigaste förfader gick ut och tittade upp på natthimlen. Vi går fortfarande ut på natten, när vi kan, och tittar upp och undrar över de skinkiga föremålen. Vetenskapligt är de grunden för vetenskapen om astronomi, som är studiet av stjärnor (och deras galaxer). Stjärnor spelar framträdande roller i science fiction-filmer och TV-program och videospel som bakgrunder för äventyrshistorier. Så, vad är dessa blinkande ljuspunkter som verkar vara ordnade i mönster över natthimlen?

Det finns tusentals stjärnor synliga för oss från jorden, särskilt om vi gör våra observationer i ett riktigt mörkt himmelsområde. Men bara i Vintergatan finns hundratals miljoner av dem, inte alla synliga för människor på jorden. Mjölkvägen är inte bara hem för alla dessa stjärnor, den innehåller "stellar plantskolor" där nyfödda stjärnor kläcks i moln med gas och damm.

Alla stjärnor är mycket, mycket långt borta, med undantag för solen. Resten är utanför vårt solsystem. Den närmaste till oss kallas Proxima Centauri, och det ligger 4.2 ljusår bort.

De flesta stargazers som har observerat ett tag börjar märka att vissa stjärnor är ljusare än andra. Många verkar också ha en svag färg. Vissa ser blå ut, andra vita och andra svaga gula eller rödaktiga nyanser. Det är många olika typer av stjärnor i universum.

Vi solar i ljuset av en stjärna - solen. Det skiljer sig från planeterna, som är mycket små i jämförelse med solen, och är vanligtvis gjorda av sten (som Jorden och Mars) eller svala gaser (som Jupiter och Saturn). Genom att förstå hur solen fungerar kan astronomer få en djupare inblick i hur alla stjärnor fungerar. Omvänt, om de studerar många andra stjärnor hela livet, är det möjligt att ta reda på framtiden för vår egen stjärna också.

Liksom alla andra stjärnor i universum är solen en enorm, ljus sfär av het, glödande gas som hålls samman av sin egen tyngdkraft. Den lever i Vintergalaxen, tillsammans med cirka 400 miljarder andra stjärnor. De arbetar alla enligt samma grundprincip: de smälter samman atomer i sina kärnor för att skapa värme och ljus. Det är hur en stjärna fungerar.

För solen betyder detta att väteatomer smälls samman under hög värme och tryck. Resultatet är en heliumatom. Den processen med fusion frigör värme och ljus. Denna process kallas "stellär nukleosyntes" och är källan till många av elementen i universum som är tyngre än väte och helium. Så från stjärnor som solen kommer det framtida universum att få sådana element som kol, som det kommer att göra när det åldras. Mycket "tunga" element, som guld eller järn, görs i mer massiva stjärnor när de dör, eller till och med katastrofala kollisioner av neutronstjärnor.

Hur gör en stjärna denna "stjärnnukleosyntes" och inte blåser isär i processen? Svaret: hydrostatisk jämvikt. Det betyder att tyngdkraften i stjärnmassan (som drar gaserna inåt) balanseras av värmets och ljusets utåttryck - strålning tryck - skapat av kärnfusion som äger rum i kärnan.

Denna fusion är en naturlig process och tar en enorm mängd energi för att initiera tillräckligt med fusionsreaktioner för att balansera tyngdkraften i en stjärna. En stjärnkärna måste nå temperaturer över 10 miljoner Kelvin för att börja smälta väte. Vår sol har till exempel en kärntemperatur på cirka 15 miljoner Kelvin.

En stjärna som konsumerar väte för att bilda helium kallas en "huvudsekvens" -stjärna för hela tiden är det ett vätgas-smältande objekt. När den använder allt sitt bränsle, dras kärnan samman eftersom det utstrålande trycket inte längre är tillräckligt för att balansera gravitationskraften. Kärntemperaturen stiger (eftersom den komprimeras) och det ger den tillräckligt med "oomph" för att börja smälta heliumatomer börjar till kol. Vid den tiden blir stjärnan en röd jätte. Senare, när det går tom för bränsle och energi, dras stjärnan i sig själv och blir en vit dvärg.

Nästa fas i stjärnens utveckling beror på dess massa eftersom det dikterar hur det kommer att sluta. En stjärna med låg massa, som vår sol, har ett annat öde från stjärnor med högre massor. Det kommer att blåsa av dess yttre lager, skapa en planetarisk nebula med en vit dvärg i mitten. Astronomer har studerat många andra stjärnor som har genomgått denna process, vilket ger dem större inblick i hur solen kommer att avsluta sitt liv några miljarder år från och med nu.

Högmassa stjärnor skiljer sig dock från solen på många sätt. De lever korta liv och lämnar efter sig underbara rester. När de exploderar som supernovaer spränger de sina element till rymden. Det bästa exemplet på en supernova är Crab Nebula, i Oxen. Kärnan i den ursprungliga stjärnan lämnas kvar när resten av dess material sprängs till rymden. Så småningom kan kärnan komprimera för att bli en neutronstjärna eller ett svart hål.

Stjärnor finns i miljarder galaxer över hela universum. De är en viktig del av kosmos. De var de första objekten som bildades för mer än 13 miljarder år sedan, och de omfattade de tidigaste galaxerna. När de dog omvandlade de det tidiga kosmos. Det beror på att alla de element som de bildar i sina kärnor återgår till rymden när stjärnor dör. Och dessa element kombineras i slutändan för att bilda nya stjärnor, planeter och till och med liv! Det är därför astronomer säger ofta att vi är gjorda av "stjärna".

Redigerad av Carolyn Collins Petersen.