Cât timp funcționează o stea?

Stelele funcționează simplu: transformă combustibil în energie. Dacă știm cât combustibil conține o stea și ce cantitate de energie produce, putem afla cât va funcționa.

Câteva stele strălucitoare și masele lor. Foto: SDSS
Câteva stele strălucitoare și masele lor. Foto: SDSS

Dar, după ce au aflat cum funcționează stelele, astronomii au aflat ceva remarcabil: cu cât au mai mult combustibil cu atât trăiesc mai puțin.

Cantitatea de combustibil pe care o conține o stea se reflecta în masa ei. Cu cât este mai masivă, steaua conține mai multă materie, iar o parte din aceasta (între 10-20%, 14% pentru Soare) este folosită la producerea energiei. Așa că este necesar să aflăm masa stelelor, un lucru destul de dificil de realizat dacă nu ai o stea în apropiere. Dar stați, Soarele este o stea!

Urmează mai aflăm ce cantitate de energie produce steaua respectivă, adică musai să măsuram cu precizie distanța pâna la ea și să vedem cât de luminoasă este. Cunoaștem distanța până la Soare și am măsurat din spațiu ce cantitate de energie emite acesta în toate domeniile spectrului electromagnetic așa că vom calcula mai întâi cât va funcționa Soarele.

Procesul prin care Soarele (și stelele) produce energie se numește fuziune nucleară adică patru atomi de hidrogen se combină prin ciocnire la temperaturi mari și formează unul de heliu, aceasta fiind varianta simplificată. Soarele va rămâne în echilibru cât timp acest proces va continua. În această perioadă gravitația care tinde să micșoreze steaua va fi egală cu presiunea apărută în urma procesului de fuziune. Astfel steaua funcționează fără probleme. Putem să calculăm perioada de timp cât Soarele va rămâne în echilibru pentru ca avem toate datele necesare.

Durata de viață a stelelor în funcție de masă
Durata de viață a stelelor în funcție de masă

Atenție urmează calcule și cifre multe!

Știm că Soarele emite în fiecare secundă 3,83 ϫ 1026 J iar pentru aceasta este nevoie de 9,33 ϫ 1037 reacții de fuziune/s. Asta înseamnă că în fiecare secundă în interiorul Soarelui 6,86 ϫ 108 tone de material (sau 6,24 ϫ 1011 kg de protoni) participă la fuziunea în heliu. Cum masa Soarelui este de 2,0 ϫ 1030 kg iar din acestea 70% sunt protoni și numai 14% vor fuziona în heliu (adică 2,0 ϫ 1029 kg ), înseamnă că fuziunea se va mai produce pentru încă 3,2 ϫ 1017 secunde (2,0 ϫ 1029 kg/6,2 ϫ 1011 kg/s ). S-a folosit aici o formulă simplă:

durata de funcționare = cantitatea de combustibil/rata de consum

Un an are 3,2 ϫ 107 secunde deci Soarele funcționează timp de 1010 ani adică 10 miliarde de ani! A făcut-o timp de 5 miliarde și mai are tot pe atât, fiind o stea la mijlocul vieții.

Pentru că majoritatea stelelor funcționează ca Soarele, putem afla căt trăiesc numai dacă le determinăm masa. Aici intervine o surpriză: ai putea crede că dacă stelele sunt mai masive (conțin mai mult combustibil) trăiesc mai mult dar ai grești. Stelele sunt obiecte ținute în echilibru (vezi mai sus) de cele două forțe: gravitație (dată de masă) și presiune (dată de procesul de fuziune). Dacă una se măreste cealaltă face la fel pentru că altfel steaua s-ar distruge. Aunci, dacă avem o masă mare, gravitația nucleului stelei este mai mare, iar presiunea la fel. Rata de procesului de fuziune este mai mare și combustibilul se consumă mai repede! De asta stelele mari trăiesc mai puțin iar cele mici mai mult.

Vrei să știi cât timp trăiește o stea? Determină-i masa, compar-o cu cea a Soarelui și aplică o simplă formulă:

durata de viață a stelei = (1/ masa stelei2,5) x 1010

Ai o stea cu o masa de 4 ori mai mare decât a Soarelui? Durata de viață a stelei = (1/42,5) x 1010 = (1/32) x 1010 = 312 x 106

Una de 20 de mase solare? Durata de viață a stelei = (1/202,5) x 1010 = (1/1788,854) x 1010 = 5.590.170 ani

Dar una de 0,5 mase solare? Durata de viață a stelei = (1/0,52,5) x 1010 = (1/0,17677) x 1010 = 56.568.542.495 ani

Stele mai puțin masive trăiesc mai mult, una de 0,1 mase solare cam 30 de miliarde de ani, vârstă mai mare decât cea a Universului. Cele mai masive stele pot funcționa 100.000 de ani după care foarte rapid sfârșesc în explozii de supernovă.

Calculele de mai sus sunt valabile pentru stelele în care se desfășoară procesul de fuziune a hidrogenului în heliu, stele numite „din secvența principală”.

7 comments

  1. Frumos si interesant pentru astronomii incepatori ca mine. Sa stiti ca mi-am luat notite si mai revin daca am uitat ceva. Eu sfatuiesc oamenii sa citeasca acest articol, macar prima parte care nu necesita acele calcule. Eu zic ca de stele depinde acest univers,ele dau nastere altor obiecte astronomice, pe langa ele se formeaza planetele, si din resturile lor ce mai raman prin spatiu se formeaza si celelate corpuri ceresti. Practic,daca nu exista Soarele, nu existam nici noi, si ar fi bine sa ne intereseze aceasta instiintare de mai sus, ca maine, poimaine apare in mass-media ca soarele va exploda!

  2. pai fara stele nu ar exista nimic.pt ca ele formeaza totul pt ca dupa ce se formeaza in continuu sunt furtuni solare si din praful acela dupa cateva mii de ani parca se formeaza planete,asteroizi,comete,meteoriti si toate chestiile astea.

  3. Adică un foc mai mic durează mai mult decît un foc mare? Dar în supernove ce soi de reacții au loc? Nu! Energia din stele nu provine din reacții termonucleare. Nu! Da… în piticile maro ce fel de reacții au loc? foc de paie sau de rumeguș? și de unde provine energia care dă căldura din interiorul planetelor, energie proporțională cu masa planetei/volumul planetei?

    • Asa este: un foc mic dureaza mai mult decat un foc mare, daca ai o cantitate fixa de lemne. Cum stelele au o cantitate fixa de combustibil, cu cat consumna mai putin cu atat rezista mai mult.

Leave a Reply to Nelu Cancel reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s