Tähe elu lugu ja HR-diagramm (0)

Tähe elulugu

Alguses oli gaas. Selleks, et gaasist saaks täht, peab teda kokku suruma. Kosmiline gaas on niivõrd hõre, et isegi väga madala temperatuuri korral tasakaalustab siserõhk gravitatsiooni. Et külm gaas jahtub väga aeglaselt, võtab selline täheteke kohutavalt palju aega. (Tartu Tähetorni Astronoomiaring 1997-98)

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, algabki gravitatsiooniline kokkutõmbumine. Tiheduse kasvades muundub gravitatsiooniline energia soojuseks ja pilve temperatuur hakkab tõusma. Olles jõudnud hüdrostaatilise tasakaalu olekusse, tekib pilve südamikus prototäht ja selle tuumas süttivad termotuumareaktsioonid. (Vikipeedia.ee, 2012)

Universumis toimub kogu aeg uute tähtede sünd, elu ja surm. Tolm ja gaas on kaootilises liikumises ning paratamatult mitte-homogeenne. Kui kuskil on gaas või tolm piisavalt tihenenud, siis hakkab toimima gravitatsioon ning see gaasipilv tõmbub järjest rohkem kokku. Samal ajal kasvab pidevalt ka gravitatsioon. Lõpuks on tekkinud tähe-eelne seisund, mida nimetatakse prototäheks. Gravitatsiooniline kokkutõmme jätkub, temperatuur ja rõhk tema sisemuses aina kasvavad, kuni lõpuks algavad tsentris termotuumareaktsioonid – täht ilmub HR-diagrammile paremale punaste tähtede graafilisse ossa. Protsess jätkub pidevalt, selle käigus põleb vesinik heeliumiks ja täht jõuab peajadale. Päikese tüüpi planeet on seal umbes 10 miljardit aastat (meie Päike on olnud 5 miljardit aastat ja on veel 5 miljardit aastat). Kui kogu vesinik on ära põlenud, lahkub täht peajadalt ja suundub hiidude hulka. Mingi aja pärast on täheprotsessid viinud tähe üle peajada kääbuste hulka. See kõik käib umbes Päikese massiga tähtede kohta. Suuremate tähtede evolutsioon on tormilisem. Esiteks kulutavad nad oma kütuse (vesiniku) ära kiiremini ning seega on nende eluiga lühem. Teiseks ei stabiliseeru nad nii lihtsalt kui Päikese massiga tähed ehk nendest ei pruugi saada lõpuks kääbuseid. Arvatakse, et Päikesest viis või rohkem kordi massiivsemad tähed ei stabiliseerugi, vaid plahvatavad. Plahvatuse käigus võivad puruneda tähe väliskihid, halvimal juhul puruneb täht täielikult. ( Oll, 2005)

Tähed veedavad peajadal umbes 90% oma elueast. Seal viibimise ajal saab täht oma energiat vesiniku tuumasünteesist heeliumiks, mis toimub tema südamikus. Selliseid tähti nimetataksegi peajada tähtedeks. Aja jooksul heeliumi osakaal üha tõuseb. Pideva tuumasünteesi ja sellest tuleneva hüdrostaatilise tasakaalu tõttu tõuseb tähe temperatuur ja suureneb heledus. Iga täht tekitab tähetuult, mis tähendab pidevat gaasi ilmaruumi paiskamist. Enamiku tähtede jaoks on sellega kaasnev massikaotus tühine. Peajadal viibimise aeg sõltub tähe algmassist ja absoluutsest heledusest ehk sellest, kui palju kütust tähel kulutada on ja kui intensiivselt ta seda teeb. (Vikipeedia.ee, 2012)

Kui tähtede väliskihid hakkavad paisuma ja jahtuma, on täht ammendanud tuumas leiduva vesiniku ning heeliumi süttimisel tekib punane hiid. Hiiuna kaotab ta intensiivse tähetuulega umbes 30% oma massist. 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. ( Dspace.utlib.ee, 2012)

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. Viimasesse faasi on täht jõudnud siis, kui sünteesiprotsessid jõuavad raua tootmiseni. Tähe läbimõõt väga suur ja täht muutub ebastabiilseks, sest ta ei jõua oma välimisi kihte enam hoida.Äkitselt paiskab täht oma välimised gaasikihid ära. Väga lühikeste hetkede jooksul toimub võimas plahvatus, mida kutsutakse supernoovaks. Kokkulangemisel moodustub neutrontäht. Supernoova hetkel rebitakse tähe välimised kihid eemale ja täht kiirgab niisama palju valgust, kui terve galaktika. Massilt suuremad tähed võivad samuti kokkutõmbuda ja muutub lõpuks „mustaks auguks”. (Annaabi.com, 2012)

Tähed on erineva suurusega. Kõige rohkem on kollaseid ja punaseid ja oranže kääbustähti, nagu Päike. Miljardeid aastaid püsivad tähed tasakaalus ja nende heledus on muutumatu. Enne läbipõlemist lähevad nad aga tasakaalust välja ja tähtede suurus muutub – nad paisuvad ja neist tekivad punased hiiud ja ülihiiud. Kui tähed sünnivad vaikselt, siis tähtede surmaga võivad kaasneda ägedad plahvatused. (Miksike.ee, 2012)

Hertzprung-Russelli diagramm

Tähtede põhiparameetriteks on heledus ja temperatuur. 1905. a., kui oli mõõdetud küllalt paljude tähtede kaugused, leidis E. Hertzsprung seose spektriklassi ja absoluutse tähesuuruse vahel. 1913. a. koostas H. Russell diagrammi, kus iga tähte tähistas punkt graafikul, mille telgedeks on spektriklass ja absoluutne tähesuurus. See diagramm, mida tänapäeval nimetatakse Hertzsprung-Russelli, lühendatult HR-diagrammiks, on olnud suureks abiks tähtede uurimisel, alates klassifikatsiooni korrigeerimisest kuni täheevolutsiooni teooriate loomiseni. Diagrammil torkab silma kõigepealt diagonaalne tähtedega tihedalt täidetud riba -- peajada. Sellesse diagrammi kogupindalast vaid sajandiku moodustavasse ribasse on koondunud 90% tähtedest. (Tartu Tähetorni Astronoomiaring 1997-98)

Mille horisontaalteljel on tähtede temperatuurid vastavalt tähtede spektraalklassifikatsioonile (tähed on jagatud nende temperatuuri, värvuse ja keemilise koostise järgi klassidesse). Vertikaalteljel tähe absoluutne heledus. Võis eeldada, et kõikvõimalike tähtede hulgas on kõikvõimalikke omadusi ning diagrammi väli peaks täituma statistiliselt ühtlaselt. Üllatuseks aga selgus, et tähed moodustavad rühmi. Enamik tähtedest asub peajadal. Ülevalpool peajada on hiidude ja ülihiidude rühmad. Allpool peajada asuvad kääbuste rühmad. ( Oll, 2005)

Punane hiid on vana täht, mis on paisunud hiiglasuureks. Päikesest saab punane hiid umbes 5 miljardi aasta pärast ning ta põletab Maa. Kui evolutsiooni lõppfaasi jõudnud punane hiidtäht heidab ära oma vesinikurikkad välimised kihid ning tekib planetaarudu, jääb tähest järele väga kuum ja tihe tuum, mida nimetataksegi valgeks kääbuseks. Edaspidi kiirgab valge kääbus vaid oma sisemise soojuse arvelt. Esialgne valgete kääbuste pinnatemperatuur on väga kõrge: 100 tuhat kraadi ja enamgi. Selline kõrge pinnatemperatuur püsib vaid lühikest aega pärast tekkimist. Kõige kuumemad valged kääbused on ka kõige heledamad ja neid on kergem märgata. ( Vikipeedia.ee , 2012)

Sellinegi täht omab tasakaaluseisundit, mis põhimõtteliselt erineb peajada tähtede omast: et põlevkihi temperatuuri määrab heeliumist tuuma mass, reguleerib täht energiatoodangut väliskesta tiheduse kaudu. Kui toodang läheb liiga suureks, paisub kest hõredamaks ning tuumale langeva kütuse hulk väheneb, tuues kaasa energiatoodangu languse. Täht omandab uue tasakaaluseisundi HR-diagrammil punaste hiidude piirkonnas. ( Jaak Jaaniste,1998)

Iga tähe asukoht graafikul vastab tema spektriklassile ja heledusele. Tähtede evolutsioonitrekid pärast peajadalt lahkumist. Kogu evolutsioon punaste hiidude piirkonnas kestab vaid kümnendiku peajadal veedetud ajast. ( Laurits Leedjärv, 2008)

Kokkuvõte

Kasutatud kirjandus:

• J. Lõhmus, E. P. (2000). Füüsika IX klassile, Soojusõpetus, Aatom ja Universum. Koolibri.
  
• Oll (2005) Laborint.com
  
• Laurits Leedjärv Füüsika.ee
  
• Jaak Jaaniste (1998) Opik.obs.ee
  
• Miksike.ee.
  
• Tartu Tähetorni Astronoomiaring (1997-98) Opik.obs.ee
  
• Vikipeedia.ee. (8. mai 2012.a.).
  
• Vikipeedia.ee. (9. mai 2012. a.).
  

Lisa 1