Xoo6 Tähed

Toivo Niinemets

Üldandmed

• Täht on valgust kiirgav plasmast koosnev taevakeha, mille kiirgusenergia pärineb tema sisemuses aset leidvast tuumasünteesist.

• Tähtede hulka arvatakse ka tuumasünteesi lõpetanud taevakehad (näiteks valged kääbused ja neutrontähed), mis kiirgavad jääksoojuse arvel.

• Et tähed on meist väga kaugel, paistavad nad öötaevas säravate täpikestena, mis reeglina jäävad valguspunktideks ka kõige suurema suurenduse korral. Maa atmosfääri mõju tõttu nad vilguvad.

Üldandmed

• Erandiks on Päike, mis on ainsana Maale piisavalt lähedal, et paistab meile kettana ning annab olulisel määral valgust (päikesevalgust).

• Tavakeeles Päikest enamasti täheks ei nimetata, see-eest aga nimetatakse Päikesesüsteemi planeete ja isegi meteoore mõnikord tähtedeks (eriti vanapärases keeles). Sellest tulenevad astrofüüsika seisukohast ebakorrektsed väljendid kinnistäht, rändtäht (Päikesesüsteemi planeet) ja langev täht (Maa atmosfääri sisenenud ja hõõrdumise tõttu tugevalt hõõguv meteoor).

Üldandmed

• Maale lähim Päikesesüsteemi-väline täht on Proxima Centauri, mis asub Maast 39,9 triljoni kilomeetri ehk 4,2 valgusaasta ehk 1,29 pc (parseki) kaugusel.

• Astronoomide hinnangul on universumi meile tuntud osas vähemalt miljard triljonit tähte ning sajal miljonil planeedil või tähel on samasugused tingimused nagu Maal.

• Paljude tähtede vanus on miljard kuni 10 miljardit aastat. Mõnede tähtede vanus võib isegi ulatuda 13,5 miljardi aastani (universumi vanuseks on määratud 13,73 ± 0,12 miljardit aastat).

Üldandmed

• Tähtede mõõtmed varieeruvad väikestest, paarikümne kilomeetri suurustest neutrontähtedest (mis on tegelikult kustunud tähed) ülihiidudeni, nagu Põhjanael ja Orioni tähtkujus asuv Betelgeuse, mille diameeter on ligi 1000 korda suurem kui Päikesel – umbes 1,6 miljardit kilomeetrit või väga haruldaste hüperhiidudeni, mille absoluutsed heledused on suuremad kui −10. Samas on ülihiidude tihedus Päikese omast palju väiksem. Üks väga massiivseid tähti on Eta Carinae, mille mass on Päikese massist umbes 100...150 korda suurem.

Üldandmed

• Tähtede poolt toodetav energia kiirgab kosmosesse nii elektromagnetkiirgusena (peamiselt nähtava valgusena) kui ka tähetuulena ja neutriinode voona. Tähe näivat heledust mõõdetakse näiva tähesuurusega.

• Stellaarastronoomia uurib tähti ja nende erinevate arengujärkudega kaasnevaid nähtusi.

Üldandmed

• Paljud tähed on gravitatsiooniliselt seotud teiste tähtedega,

moodustades kaksiktähti või üldisemalt mitmiktähti. • NT Kaksikute tähtkuju heledaim täht Kastor on kuuiktäht.

Kastori süsteemi keskme moodustavad kaks kuumadest tähtedest koosnevat kaksiktähte, kaugemal tiirleb tihe jahedate kääbustähtede paar. Tähed tekivad reeglina gruppidena, mida nimetatakse täheparvedeks või -assotsiatsioonideks.

• Tähed ei jaotu universumis ühtlaselt, vaid on tavaliselt grupeerunud galaktikatesse. Tüüpilises galaktikas on sadu miljardeid tähti.

Tähtede elutsükkel. Teke

• Tähed tekivad tähtedevahelises keskkonnas asuvates

suurema tihedusega ruumiosades. • Tihedus neis on siiski väiksem kui Maal

saavutatavates vaakumites. Vastavaid regioone nimetatakse molekulaarududeks ja nad koosnevad peamiselt vesinikust, lisaks umbes 23–28% ulatuses heeliumist ning mõne protsendi ulatuses raskematest elementidest.

Prototähe teke Nasa pilt

TEKE

• Täheteke algab molekulaarudus tekkinud gravitatsioonilisest ebastabiilsusest, mille põhjuseks võivad olla näiteks supernoovade lööklained või galaktikate ühinemisprotsessid. Kui piirkonna tihedus on saavutanud kriitilise väärtuse ja pilve siserõhk ei suuda enam tasakaalustada gravitatsioonijõude, algab gravitatsiooniline kokkutõmbumine.

• Tiheduse kasvades muundub gravitatsioonienergia soojuseks ja pilve temperatuur hakkab tõusma. Olles jõudnud hüdrostaatilise tasakaalu olekusse, tekib pilve südamikus prototäht ja selle tuumas süttivad termotuumareaktsioonid. Tekkivaid tähti ümbritseb tihti gaasist ja tolmust koosnev akreatsiooniketas, milles võivad tekkida planeedid. Gravitatsioonilise koondumise protsess kestab umbkaudu 10–15 miljonit aastat.

Peajada

• Umbes 90% oma elueast saab täht oma energiat südamikus toimuvast vesiniku tuumasünteesist heeliumiks. Selliseid tähti nimetataksegi peajada tähtedeks. Aja jooksul heeliumi osakaal üha tõuseb. Pideva tuumasünteesi tõttu tõuseb tähe temperatuur ja suureneb heledus.

• näiteks Päikese heledus on pärast peajadale jõudmist 4,6 miljonit aastat tagasi suurenenud 40% võrra.

• Iga täht tekitab tähetuult, mis tähendab pidevat gaasi ilmaruumi paiskamist. Enamiku tähtede jaoks on sellega kaasnev massikaotus tühine. Päike kaotab oma massist ehk ainult 0,01% kogu eluea jooksul.

Peajada

• Väga massiivsete tähtede jaoks on tähetuule efekt aga suur. Nad võivad kaotada 10−7 kuni 10−5 Päikese massi aastas ja niivõrd ulatuslik massikadu mõjutab oluliselt nende arengut.

• Tähed, mille mass tekkides ületab 50 Päikese massi, võivad peajadal viibimise aja jooksul kaotada üle poole oma massist.

• Peajadal viibimise aeg sõltub tähe algmassist ja absoluutsest heledusest ehk sellest, kui palju kütust tähel kulutada on ja kui intensiivselt ta seda teeb.

• Päikese eluiga on hinnanguliselt 1010 aastat. • Suured tähed kulutavad oma kütust kiiresti ja seetõttu on nende

eluiga suhteliselt lühike. • Väikesed tähed, eeskätt punased kääbused, "põletavad" vesinikku

väga aeglaselt ja nende eluiga võib ulatuda kümnete kuni sadade miljardite aastateni.

Peajada

• Oma eluea lõpus muutuvad sellised tähed aina tuhmimaks, ent kuna selliste tähtede eluiga ületab universumi praegust vanust, 13,7 miljardit aastat, pole selles arengujärgus tähti vaadeldud.

• Peale massi mõjutab tähe evolutsiooni oluliselt ka

heeliumist raskemate elementide kontsentratsioon. Astronoomias nimetatakse kõiki heeliumist raskemaid elemente metallideks ning nende ainete keemilist kontsentratsiooni metallilisuseks. Metallilisus mõjutab tähe tuumasünteesi protsesside kiirust, magnetvälja kujunemist ja tähetuule tugevust

Peajada järgne aeg

• Vähemalt 0,4 Päikese massiga tähtede väliskihid hakkavad paisuma ja jahtuma, kui täht on ammendanud tuumas leiduva vesiniku, ning heeliumi süttimisel tekib punane hiid.

• Näiteks viie miljardi aasta pärast, kui Päike on arenenud punaseks hiiuks, paisub ta maksimumraadiuseni ca 1 astronoomiline ühik, 250 korda tema praegusest suuremaks. Hiiuna kaotab ta intensiivse tähetuulega umbes 30% oma massist.

• Kuni 2,25 kordse Päikese massiga punases hiius jätkub vesiniku põlemine tuuma ümbritsevas kihis • See protsess surub tuuma kokku ning lõpuks algab tuumas heeliumi põletamine. • Sellest tulenevalt tõmbub täht aeglaselt kokku ning tema pinnatemperatuur kasvab. Raskemate

tähtede puhul läheb tuum enam-vähem sujuvalt vesiniku põlemiselt üle heeliumi põlemisele, vesiniku põlemine toimub endiselt ka tuuma kohale jäävas kihis.

• Pärast heeliumi ammendumist tuumas jätkuvad termotuumareaktsioonid tuuma ümbritsevas kihis. Kõrge temperatuuriga tuum koosneb selleks ajaks peamiselt hapnikust ja süsinikust. Seejärel jätkub tähe evolutsioon sarnaselt punase hiiu evolutsioonile, ent kõrgema pinnatemperatuuriga.

Betelgeuse. Punane ülihiid oma elutsükli lõppfaasis.

Peajada järgne aeg

• Väga suure massiga tähed paisuvad heeliumi põlemise faasis punasteks ülihiidudeks. Kui tuuma heeliumivarud on ammendunud, võivad nad jätkata heeliumist raskemate elementide sünteesi.

• Tuuma surutakse kokku, kuni temperatuur on piisav, et algaks süsiniku põlemine. See protsess jätkub, järgmistes faasides neooni, hapniku, räni põlemisega. Tähe elu lõpufaasis toimub tähes sibulasarnase kihistumisega kihtpõlemine. Igas kihis toimub erinev termotuumaprotsess, välimises vesiniku põlemine, järgmises heeliumi põlemine jne.

• Viimasesse faasi on täht jõudnud siis, kui sünteesiprotsessid jõuavad raua tootmiseni. Raua eriseosenergia on maksimumilähedane, seega ei saa täht saada energiat raua edasisest sünteesimisest raskemateks elementideks ega raua lõhustamisest kergemateks elementideks. Vastavad protsessid hoopis neelaksid energiat.

KOKKUKUKKUMINE

• [Keskmise suurusega kaugele evolutsioneerunud täht heidab oma välimised kihid planetaaruduna ilmaruumi. Kui välimise atmosfääri eemaldumisest järele jäänud osa mass on väiksem kui 1,4 Päikese massist, tõmbub täht kokku suhteliseks väikeseks, umbes Maa mõõtu objektiks.

• Selliseid objekte nimetatakse valgeteks kääbusteks. Elektronkõdunud olekus aine valges kääbuses ei ole enam plasma, kuigi tähti kirjeldatakse tavaliselt kui plasmakerasid. Valged kääbused jahtuvad ning väga pika aja jooksul saavad neist mustad kääbused.

Krabi udukogu. esimest korda vaadeldud 1050 AD

KOKKUKUKKUMINE

• Krabi udukogu, supernoova jäänused –Tuumasünteesiprotsessid suuremates tähtedes jätkuvad, kuni raudtuum on kasvanud nii suureks (rohkem kui 1,4 Päikese massi), et see ei suuda enam tasakaalustada omaenda massi. Sel hetkel kukub raudtuum kokku – elektronid langevad prootonitesse, moodustades elektronhaarde protsessis neutroneid ja neutriinosid.

• Tuuma kollapsile järgneva tähe ülejäänud massi tuumale kukkumisest tekkiv lööklaine põhjustab ülejäänud tähe plahvatamise supernoovana. Selle plahvatuse käigus heidetakse ilmaruumi valdav osa tähe gaasist. Supernoovad on niivõrd heledad, et võivad lühiajaliselt olla heledamad kui kogu nende kodugalaktika. Linnutees toimunud supernoovasid on ajalooliselt jälgitud kui taevasse tekkinud „uusi tähti“.

• Enamik tähe materjali paisatakse supernoova plahvatuse käigus ilmaruumi, tekib helenduv gaasudu - supernoova jäänuk.

• Tähest jääb järele kas neutrontäht, mis mõnikord käitub pulsari või röntgenkiirteallikana, või, suurimate tähtede korral (piisavalt massiivsed, et tähejäänuki mass oleks suurem kui 4 Päikese massi), must auk.

• Neutrontähes on aine neutron-kõdunud seisundis, võimalik, et tsentri ümbruses on aine eksootilisemas QCD (quantum coupled degeneracy – kvant-sidestus kõdumine) seisundis. Mustas augus on aine seisundis, mida hetkel ei mõisteta.

• Supernoova plahvatuse käigus eemale heidetud tähe väliskihid sisaldavad raskeid elemente, mis võivad minna ringlusse uutes tähetekkeprotsessides. Selle protsessi tõttu on planeetide teke võimalik. Supernoovadest ja massiivsetest tähtedest tulenev osakeste voog mängib suurt rolli tähtedevahelise ruumi keskkonna kujunemises.