Från vita dvärgar till röda jättar:

Vår sol - en stjärnornas medelsvensson?

Vår sol är en av de medelmåttiga stjärnorna. Det ska vi vara tacksamma för. Den lever ett långt, stabilt liv som stjärna, fjärran från de märkliga ytterligheter som finns universum – stjärnor som dödar snarare än ger liv.

Vår sol har en diameter på 1,4 miljoner kilometer. Det är ett imponerande mått.

Men jämfört med Betelgeuse är den bara en liten plutt. Betelgeuse är en röd jätte som är cirka 1.500 gånger större än solen! Den är en av de största stjärnor vi känner till – en eldvärld med nästan ofattbara dimensioner.

Betelgeuse ligger i stjärnbilden Orion cirka 425 ljusår bort från jorden. Trots att den är röd till färgen är den mer än 7.000 gånger så ljusstark som vår gula sol.

Den jättelika Betelgeuse har lärt forskarna mycket om stjärnornas liv och död. Den har exempelvis en mycket speciell egenhet som astronomerna kommit att intressera sig för – den pulserar med en oregelbunden rytm som ingen har funnit någon förklaring till.

RÖDGLÖDGAT VAKUUM

Den här variationen upptäcktes av den brittiske astronomen sir John Herschel redan på 1830-talet och har sedan kunnat följas fram till vår tid. Och växlingarna är mycket stora. Om Betelgeuse låg i vårt solsystem skulle den variera i storlek från Jupiters bana och in till Mars bana, när den är som störst respektive som minst.

Betelgeuse är alltså en av Vintergatans största stjärnor. Den har en volym som är många miljoner gånger större än solens. Men den är inte särskilt kompakt. Trots dess imponerande dimensioner tros den bara ha omkring tjugo gånger så stor massa som solen.



Det betyder att Betelgeuse är en stor, röd gasboll med en täthet som är mindre än en tiotusendel av tätheten i vanlig luft! Den skulle närmast kunna beskrivas som en sorts ”spöksol” bestående av rödglödgat vakuum.

Man tror inte heller att Betelgeuse är ensam. Den har sällskap av två andra solar och är den dominerande stjärnan i ett trippelsystem. En inre stjärna tycks snurra runt Betelgeuse på ett avstånd av 5 AE (AE, Astronomisk Enhet motsvarar sträckan mellan solen och jorden, cirka 149 miljoner kilometer) medan den yttre ligger 40 – 50 AE bort.

Och inte nog med detta. Det finns faktiskt ännu flera mysterier ute vid Betelgeuse.

Ett sådant är den ”Varma fläcken”. Den upptäcktes på Betelgeuse yta av Hubbleteleskopets Faint Object Camera 1995. Den Varma fläcken hade över tvåtusen grader högre temperatur än sin omgivning och bredde ut sig över en yta som var mer än tio gånger så stor som jorden.

Betelgeuse är en av de största kända stjärnorna. Men den når inte upp till samma dimensioner som Eta Carinae, som är ännu större.

Eta Carinae ligger mer än 8.000 ljusår bort från jorden. Den katalogiserades av Edmond Halley redan 1677.

BLIR SNART SUPERNOVA

Sedan dess har den lyst mot oss med ett starkt varierande sken. Den har växt och krympt på ett helt oförklarligt sätt under olika perioder. År 1843 var Eta Carinae den näst ljusstarkaste stjärnan på stjärnhimmeln efter Sirius. Sedan började den blekna bort. Och år 1868 blev den så ljussvag att den inte längre gick att se med blotta ögat.

Därefter kan man säga att den förde en relativt tynande tillvaro, med mycket modesta växlingar. Fram till i början på 1990-talet. Då gjorde den en oväntad comeback flammade upp igen med förnyad styrka, utan att någon kunnat förklara varför.

Eta Carinae är en av de massivaste stora jättarna. Den tros ha 120 gånger så stor massa som solen. Den är också cirka 4 miljoner gånger ljusstarkare än vår sol. Men den strålar huvudsakligen i infrarött. Ungefär 99 procent av det ljus som strömmar ut från Eta Carinae ligger i det infraröda spektrat.

Vår sol har närmare fem miljarder år på nacken. Och kommer förmodligen att få leva minst lika länge till.

Eta Carinae kommer att dö ung. En jättestjärna av den här typen lever i regel bara i cirka en miljon år. Eta Carinae har bränt sitt krut och kommer sannolikt att dö i en supernovaexplosion någon gång inom de närmaste hundratusen åren.

Det annalkande slutet förebådas av stjärnans många stora utbrott. Det senaste ägde rum i mitten av 1800-talet, då Eta Carinae flammade upp till en av de starkast lysande stjärnorna på natthimlen. Resterna från den smällen vräks fortfarande ut mot den omgivande rymden med en hastighet av över tre miljoner kilometer i timmen!

Vit dvärgstjärna jämförd med solen och jorden. En vit dvärg är den hopfallna kärnan som har förbränt och blåst bort sitt förråd av väte. Massan hos en vit dvärg är förtätad, det kan vara en massa motsvarande solen inklämt i en sfär av jordens storlek. När de processer som leder till att den vita dvärgstjärnan formats avslutats, är den extremt het. Den svalnar sedan, men detta tar mycket lång tid.


MEDELSVENSSON

Jämfört med de här bjässarna känns vår sol som en välbekant och kär gammal vän. Vi kan närmast klassa den som en sort stjärnornas ”medelsvensson”. Den är en medelstor och medelålders gul stjärna av spektralklass G2 V med en relativt sval yta på bara 6.000 grader C, men med en mycket het kärna där väte omvandlas till helium i en temperatur på 15 miljoner grader C!

Solen ligger knappt halvvägs ut i en av Vintergatans spiralarmar, cirka 260.000 ljusår bort från den centrala delen av vår galax, som mäter 978.000 ljusår i diameter.

Från jorden ser solen bara ut som en avlägsen lysande skiva. Men en rymdfarare som flög in mot dess yta skulle mötas av ett flammande inferno. En gigantisk böljande eldvärld, som styrs av sina egna lagar.

Solen har exempelvis en atmosfär som består av flera skikt. Längst ner ligger fotosfären. Ovanför den ligger kromosfären och längst ut ligger koronan.

Solen har också ett mycket starkt magnetfält. Den har en nordpol och en sydpol. Liksom jorden så roterar den kring sin axel.

Men eftersom dess yta består av ett nästan ofattbart stort eldhav, så roterar den inte lika fort överallt. Nere vid ekvatorn gör den ett varv på cirka 25 dygn. Vid de båda polerna är rotationshastigheten betydligt mycket långsammare.

Om man kunnat se solens födelse som en film i ultrarapid skulle man först se ett väldigt moln av gas och stoft som föll in i sig själv – en process som astronomerna kallas gravitationell kollaps. Händelsen ägde rum för cirka 5 miljarder år sedan och med astronomiska mått mätt föddes solen på några ögonblick: futtiga 50 miljoner år.

Den gravitionella kollapsen hejdades så småningom och solen förvandlades till en boll av glödande gas. Det gäller hela solen. Den är gasformig även längst inne i sin kärna, även om gasen där har en täthet som är tio gånger större än i någon metall.

I JÄMVIKT

Solen är alltså en värld i jämvikt. Gravitationskraften strävar efter att dra ihop den. Men gravitationskraften balanseras av det utåtriktade trycket från gaser och strålning. Gastrycket i solens kärna är mer än en miljard gånger större än trycket vid havsytan på jorden!

I nära 5 miljarder år har nu de inre och yttre krafterna hållit varandra i schack. Solen förlorar visserligen massa med en hastighet av fyra ton i sekunden, men den har ändå inte förändrats särskilt mycket sedan sin födelse.

Den här jämvikten kommer dock inte att vara för evigt. Någon gång om ytterligare fem eller tio miljarder år kommer solens förråd av väte att börja ta slut. Dess kärna kommer att bli tätare och varmare. Gastrycket från solens inre kommer att öka.

Till slut kommer den stund då gravitationen inte längre orkar hålla emot. Då kommer solen att svälla ut och förvandlas till en röd jätte – ett enormt eldklot som kommer att sluka alla de inre planeterna inklusive jorden.

Efter 50.000 – 100.000 år kommer så slutet för den röda jätten. Då börjar kärnreaktionerna i solens centrum börjar upphöra. Temperaturen i dess inre sjunker. Gas- och strålningstrycket dör bort. Gravitationen, som tålmodigt väntat hela tiden, blir den slutliga segraren. Den röda jättesolen kollapsar och förvandlas till en vit dvärg – en pytteliten stjärna inte mycket större än jorden.

Den första vita dvärgen upptäcktes 1915. Den följdes snart av flera. I dag har man hittat ett par hundra vita dvärgar. Det finns också tusentals troliga kandidater. Astronomerna räknar med att ungefär tio procent av alla stjärnor i Vintergatan är vita dvärgar.

KOMPAKT

En vit dvärg är en mycket kompakt värld. En kubikcentimeter av dess inre kan väga ett ton! Dess magnetfält kan vara en miljard gånger så starkt som solens! Många vita dvärgar har också en mycket hög rotationshastighet. De kan snurra ett varv på någon sekund, vilket är otroligt snabbt jämfört med vår sols rotationstid som är närmare en månad.

Många vita dvärgar har en mycket het yta. Den kan hålla en temperatur på 17.000 grader, jämfört med solens beskedliga 6.000. Den vita dvärgens inre är dock kallare än solens, i regel bara cirka 1 miljon grader jämfört med solens 15 miljoner.

De vita dvärgarna brinner inte för evigt. De slocknar till slut. Då förvandlas de till ”Svarta dvärgar” – kompakta, döda stenbumligar som rullar iväg bort genom universum och försvinner i mörkret. Vår sol kommer att dö på detta sätt någon gång långt in i en avlägsen framtid.

Alla stjärnor kommer dock inte att möta just detta öde. För stjärnor som har 1,4 gånger så stor massa som solen eller mer, väntar ett annat slut. De kan förvandlas till neutronstjärnor!

En neutronstjärna är en döende sol som passerat det vita dvärgstadiet och fortsatt att ”kollapsa in i sig själv”. Från att en gång ha varit en jättelik stjärna kan den krympa ihop och bli så liten som 15 kilometer i diameter!

Dess materia är då så kompakt att en kubikcentimeter kan väga en miljard ton! Om man hade en tesked av en neutronstjärna här på jorden, skulle den ögonblickligen borra sig ner till jordens centrum. Den skulle sjunka rakt ner genom jordskorpan, utan att låta sig hejdas av någonting.

En del neutronstjärnor roterar. Det sker oftast med hög hastighet, som en eller ett par sekunder per varv. De roterande neutronstjärnorna kallas pulsarer. En mycket speciell grupp är de ultrasnabba pulsarerna som roterar ett varv på bara någon tusendels sekund!

Ett så häftigt liv kan naturligtvis inte vara länge. Pulsarerna blir därför inte heller särskilt gamla. Deras genomsnittliga livslängd är som regel bara ett par miljoner år.

SVARTA HÅL

Datorgenererad bild av ett svart hål. De svarta hålens existens står utom tvivel. De tros bildas när stora stjärnor kollapsar. Materien förtätas till en gräns där gravitationen är så stor att ljus inte längre kan lämna det svarta hålets yta. Det är troligt att de flesta galaxer har stora, svarta hål i sina centrum. Observation av svarta hål är dock knepigare – de går helt enkelt inte att observera.

Datorgenererad bild av ett svart hål. De svarta hålens existens står utom tvivel. De tros bildas när stora stjärnor kollapsar. Materien förtätas till en gräns där gravitationen är så stor att ljus inte längre kan lämna det svarta hålets yta. Det är troligt att de flesta galaxer har stora, svarta hål i sina centrum. Observation av svarta hål är dock knepigare – de går helt enkelt inte att observera.

Stjärnor med mer än tre gånger solens massa är för stora för att bli neutronstjärnor. De slutar sina dagar som Svarta hål.

Tack vare de nya teleskopen har astronomerna kunnat börja lära sig mer om vad som händer när en stjärna sväller ut och förvandlas till en nova. Tidigare trodde man att det var en mycket enkel process, i vilken en exploderade gasboll som spreds jämt åt alla håll för att sedan sjunka ihop till en vit dvärg.

I dag har man lärt sig att den inte alls behöver vara på det viset. Nasas Hubble Space Telescope har förmedlat bilder av en stor mängd andra varianter – som stora, hjulformade moln, skålformade gasbildningar och gigantiska eldsprutade ”raketflammor”.

De här fyrverkerierna har inte bara gett oss en ny bild av hur stjärnorna dör. De har också gett en antydan om vilka mekanismer som driver universum.

Det är inte så enkelt som att de exploderande stjärnorna bara dör i en färgsprakande ljusshow. De ger samtidigt upphov till stora mängder nytt råmaterial, i form av kol och andra tyngre element, som slungas ut i rymden för att så småningom kanske dra ihop sig till nya solar och planeter.

Astronomerna kan inte frigöra sig från tanken att alla novor och supernovor kanske egentligen bara producerar material till ”universums komposthög” ur vilken det sedan kan spira nytt liv.

FLER FRÅGOR ÄN SVAR

Hubbleteleskopets bilder har drivit fram ett nytänkande. En intressant fråga är hur de döende stjärnorna samverkar med eventuella osyliga följeslagare, som planeter eller bruna dvärgar. Hur bildas en nebulosa? Hur kan det uppstå en gigantisk kosmisk eldbubbla inuti en annan bubbla?

Och vad driver de utströmmande gaserna, den så kallade ”snabba vinden”, som vissa stjärnor ger ifrån sig under sin dödskamp och som rör sig med en hastighet 1.600 km/sek!

Då det gäller stjärnorna och deras död finns det fler frågor än svar. Vintergatan har flera hundra miljarder stjärnor. Vi har bara hunnit börja försöka lära känna några av dem.

Fakta: 
Solens atmosfär

Består av tre skikt. Längst ner ligger fotosfären. Härifrån kommer nästan allt ljus. Ingenting kan tränga igenom fotosfären. Det är genom att studera den som vi lärt oss nästan allt som vi vet om solens inre.
Nästa skikt är kromosfären. Den är cirka 2.000 km tjock.Längst ut ligger koronan, som når upp till cirka tre miljoner kilometer över solens yta. Det är koronan som brukar visa sig bakom månen i samband med solförmörkelser.

Temperaturen på solen

I solens centrum är det 15 miljoner grader varmt. I fotosfären ligger temperaturen kring 6.000 grader. I underkanten av kromosfären är den 4.300 grader. Sedan stiger den kraftigt upp till 1 miljon grader i det tunna skiktet mellan kromosfären och koronan.

Solens rotation.

Solen är en gasboll. Därför roterar dess yta olika fort. Solens genomsnittliga rotationstid är 27 dygn. Vid ekvatorn är rationstiden 26 dygn. Uppe vid 60 graders latitud är den 31 dygn.

Solvinden.

Består av material från solens korona som rusar ut i rymden med en mycket hög hastighet. Solvinden passar jorden med en hastighet av 400 km/sek. Under sin passage ut genom solsystemet drar den med sig gaser från planeter och kometer, samt stoft från meteoriter. Den sveper också bort en del av den kosmiska strålningen som kommer in i solsystemet utifrån universum.

Den förste som kom solvinden på spåren var den norske fysikern Olaf Kristian Birkeland. Hans teorier stärktes på 1930- och 40-talen och kunde slutligen ges en definitiv bekräftelse av sovjetiska rymdsonderna Luna 2 och Luna 3 år 1959.

Solvinden är inte något specifikt bara för solen. En mängd andra stjärnor ger också ifrån sig en solvind. Forskarna vet ännu inte exakt hur den uppstår i koronan och vad som slutligen händer med den ute i den interstellära rymden.

Solfläckarna.

Uppträder som mörka fläckar på solens yta. Upptäcktes redan 1611 av David Fabricius och Galileo. Är cirka 1.700 grader kallare än den omgivande solytan. I extrema fall kan temperaturen inne i centrum av en solfläck sjunka ner till bara 3.000 grader – vilket är en mycket låg temperatur jämfört med den normala solytans 6.000 grader.

Soleruptioner.

Syns oftast inte i vanligt ljus och upptäcktes därför först cirka 200 år efter solfläckarna. Innehåller materia som kan slungas ut från solen med en hastighet av 1.000 km/sek.

Pulsarer

Pulsarer är snabbt roterande neutronstjärnor som sänder ut smala strålar av energi när de roterar. Rotationshastigheten är extremt hög. Den direkta strålen från en pulsar, skulle för en betraktre förefalla som blinkandet från en fyr.
Neutronstjärnor bildas i supernovaexplosioner, där kärnan i en stor stjärna kollapsar. Stjärnans yttre lager kastas ut i rymden och bildar gasmoln runt pulsaren.

Material från
Allt om Vetenskap nr 6 2004

Mest lästa

Fler nyheter

Fler nyheter