Selv nære stjerner er langt væk

Der er enorme afstande i universet. Derfor taler forskerne om lysår. Det er den strækning lyset bevæger sig på et år. Og selv klare stjerner er meget langt væk. Solen er den stjerne, der tættest på Jorden, og et tager kun lyset der fra lidt over otte minutter at nå ned til Jorden. Men den næstnærmeste stjerne Proxima-centauri er langt væk. Her fra tager det lyset cirka 4,3 år at nå Jorden. Himlens klareste stjerne er Sirus. Dens lys skal rejse 8,6 år gennem rummet for at nå Jorden. Fra Nordstjernen tager det 430 år for lyset at komme herned.

Stjernefødsler

Stjerner dannes af enorme gasskyer, der trækkes sammen af tyngdekraften. Efterhånden som gasskyen bliver tættere og tættere, stiger temperaturen og trykket i dens indre, og til sidst er der flere millioner grader varmt. Det er varmt nok til, at atomkerner kan smelte sammen i en såkaldt kernefusion. I stjernens indre bliver fire brintkerner omdannet til én heliumkerne, og den proces frigiver en stor mængde energi. Og når milliarder af atomkerner smelter sammen, så frigiver det tilsammen en enorm mængde energi. Energien bevæger sig udad fra stjernens centrum og det pres, det skaber, er nok til at standse gasskyens sammentrækning. Astronomerne siger, at stjernen bliver født, når fusionsprocesserne starter og atomkernerne i dens indre begynder at smelte sammen.

ØRNETÅGEN. En af Mælkevejens gasskyer, hvor nye stjerner fødes. (Foto: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)).

Solen er én blandt mange stjerner

Vores egen stjerne, Solen, er den eneste stjerne, vi kan studere på nært hold. Solen er bare én blandt mange milliarder af stjerner i universet.

Forskere har beregnet, at der er cirka 1023  stjerner i universet. Man har vurderet, at det svarer til, at der er over 100 gange flere stjerner, end der er sandkorn på verdens strande, men det er ikke påvist præcist. 

Videoen viser en timelaps-optagelse af Solen. Hver 8. time er der taget et billede af Solen over 5 år. De er optaget af NASA's Solar Dynamics Observatory i perioden 2010 til 2015. I videoen skifter Solen farve. Det er fordi, billederne er optaget i forskellige bølgelængder af lys. (Video: NASA/Goddard).

Store stjerner lever kortere 

En stjernes skæbne afhænger i høj grad af, hvor tung den er. Jo tungere den er, jo hurtigere forløber kerneprocesserne i dens indre – så den lever kortere. Stjerner som Solen lever omkring 12 mia. år. Stjerner på cirka halv størrelse af Solen lever til gengæld omkring 200 mia. år. Og store, tunge stjerner, der er 15 gange så store som Solen lever et kort liv på bare 500.000 år, og ender deres dage i gigantiske supernovaeksplosioner. Alle de grundstoffer, som er dannet i stjernen, bliver nu spredt i hele universet. Stjerner på størrelse med Solen har en mindre voldsom udvikling. De puster sig op og forvandler sig til røde kæmpestjerner. Herefter falder de sammen og ender som hvide dværge. Det vil også ske for Solen.

 

EN STJERNES FØDSEL OG DØD. Illustrationen viser livsforløbet for en stjerne der minder om Solen og en massiv stjerne. (Illustration. NASA and the Night Sky Network).

STJERNERS FØDSEL OG DØD. Illustrationen viser udviklingen af forskellige typer af stjerner. Pilene viser stjernernes levetid. De store stjerner brænder deres brændsel meget hurtigt. De har kort levetid. Små stjerner lever længere, fordi fusionsprocessen går langsommere. (Illustration: NASA).

Stjerner fødes i stjernetåger

Stjerner, der er midt i livet som Solen, brænder stabilt og pålideligt. Men når stjerner fødes og dør, går det anderledes voldsomt til.

Stjerner fødes i store stjernetåger, som man også omtaler som enorme galaktiske væksthuse. Når en stjerne en dag dør, udstødes dens yderste gaslag ud til rummet. Og denne gas kan nu indgå i dannelsen af nye stjerner.

Stjernetåger er tætte skyer af gas og støv. Af dette materiale kan der dannes hundredevis af stjerner. I nogle områder af stjernetågen klumper materialet sig sammen. Klumperne kollapser, og materialet bliver meget tættere – og der dannes en protostjerne, som er et tidligt stadium af en stjernes udvikling.

Alle stjerner - uanset størrelse - består til at starte med næsten udelukkende af grundstofferne brint og helium. Størstedelen af en stjernes liv går med at smelte brintkerner sammen til heliumkerner, og det frigiver al den energi, der stråler ud af stjernen i form af lys og varme.

De største og tungeste stjerner er de blå superkæmper. De lever kun 2-10 mio. år. 

Stjerner udvikler sig og dør forskelligt

Alle stjerner - uanset størrelse - består til at starte med næsten udelukkende af grundstofferne brint og helium. Størstedelen af en stjernes liv går med at smelte brintkerner sammen til heliumkerner, og det frigiver al den energi, der stråler ud af stjernen i form af lys og varme.

På et tidspunkt har stjernen brugt al sit brændsel og den dør.

Vores egen stjerne, Solen, vil om ca. syv milliarder år være svulmet op til en rød kæmpestjerne. Derefter vil den udvikle sig til en hvid dværg. Det er en stjerne, som har mistet sit ydre gaslag – og tilbage er der typisk ilt og carbon.

Andre stjerner udvikler sig til neutronstjerner, som primært består af neutroner.

Store stjerner dør mere dramatisk. Nogle udvikler sig til sorte huller andre til supernovaer. Alle grundstoffer i universet, som er tungere end jern, er dannet i forbindelse med supernovaeksplosioner.

Det er dog ikke alle stjerner, der opfører sig ”efter bogen” og bliver til kæmpestjerner. Man har fundet ud af, at stjerner, der indeholder meget natrium, har stor sandsynlighed for at udvikle sig anderledes. Det er et spørgsmål, som forskerne undersøger.

 

SOLENS SPEKTRALLINJER. De grundstoffer der findes i en stjerner absorberer lys med en bestemt bølgelængde (farve). Det kan man se som sorte streger, når man laver en spektrum af stjernens lys. Derved kan man finde ud af, hvilke stoffer stjernen er opbygget af. Her er det Solens spektrum. (Illustration: DTU).

Fingeraftryk af en stjerne

Selvom vi endnu ikke kan besøge fjerne stjerner og galakser, kan vi få en masse at vide om dem ved at undersøge det lys, de fjerne objekter udsender.

Metoden hedder spektroskopi, og det er et af astronomiens vigtigste værktøjer til at undersøge stjerner.

Når lyset bevæger sig igennem stjernens atmosfære møder det de forskellige grundstoffer stjernen består af. Forskellige typer stjerner består forskellige typer af grundstoffer.

Alle stoffer absorberer (opsuger) lys med helt bestemte farver, det vil sige bølgelængder. Det lys, vi modtager fra en stjerne, vil derfor mangle de farver, som stofferne i stjernens atmosfære har absorberet. De sorte streger er et fingeraftryk af de stoffer, som stjernen består af.

I laboratorier på Jorden har vi taget fingeraftryk af alle grundstofferne. Derfor ved vi, hvilke farver, et bestemt stof absorberer. Nu kan man sammenligne stjernelyset med disse kendte fingeraftryk fra forskellige stoffer, og på den måde kan man finde ud af, om et bestemt stof er til stede i stjernen.

Teleskoper og astronomisk spektroskopi

Spektroskopi er et af astronomiens vigtigste værktøjer. I astronomien bruger man spektroskopi til blandt andet at undersøge stjernernes temperatur, sammensætning og bevægelse. Den kan også bruges til at finde exoplaneter.

Lyset opfanges af store teleskoper her på Jorden eller af rumteleskoper. I kraftige teleskoper sidder en spektrograf, der kan opdele lysets spektrum i mere end 100.000 bølgelængdeområder. Det er langt mere end det menneskelige øje kan skelne mellem. Når man bruger spektroskopi til at undersøge galakser, får spektrografen lys fra milliarder af stjerner og varm glødende gas. Derfor indeholder det spektrum, man får, ikke så fine detaljer, som når man ser på bare én stjerne.