DENNA STJäRNA HAR NåTT SLUTET På SITT LIV

Send

Cirka 10 000 ljusår bort, i konstellationen Centaurus, är en planetnebul kallad NGC 5307. En planetnebula är resterna av en stjärna som vår sol, när den har nått det som kan beskrivas som slutet på dess liv. Denna Hubble-bild av NGC 5307 får dig inte bara att undra över stjärnans förflutna, den får dig att fundera över framtiden för vår egen sol.

Processen med en åldrande stjärna och nå slutet av sitt liv är en lång, långsam berättelse, punkterad med avsnitt av snabb förändring. Precis som NGC 5307 gjorde, kommer vår sol så småningom att bli en röd jätte, som kastar bort sina yttre gaslager. Vissa miljarder år i framtiden kommer den själv att bli en vit dvärg som tänder upp gasskikten som den kastar som en planetnebulosa.

Just nu är vår sol i huvudsekvensen. Det smälter väte till helium inuti sin kärna. Som ett resultat av denna sammansmältning frigörs en enorm mängd energi som värmer upp jorden och håller livet igång här. (Det är faktiskt inte själva fusionen som producerar det mesta av värmen; det är proton-protonkedjan.)

Men en stjärna är en balansåtgärd mellan det yttre trycket för fusionen och det inre trycket av sin egen tyngdkraft. Den balansen kallas hydrostatisk jämvikt, och den kan inte vara evigt.

År för år, århundrade efter århundrade, aeon av aeon, solen fortsätter att smälta väte till helium, släpper ut värme och förlorar massan. Även om en stjärna som vår sol kan verka stabil och oföränderlig, är ingenting i naturen oförändrat. Solen smälter ungefär 600 miljoner ton väte till helium varje sekund och förlorar massan då den gör det. Den förlorar massan genom att omvandla materien till energi, vilket förklaras av Einsteins E = mc².

Det är ett betydande belopp. I själva verket har solen i sina cirka 4,5 miljarder år hittills förlorat en mängd massa som liknar Jupiters massa.

Så småningom kommer balanseringshandlingen att förändras för evigt, eftersom solen kommer att förlora tillräckligt med massa för att den inre kraften av dess tyngdkraft inte kommer att räcka för att innehålla den yttre kraften i dess fusion. Stjärnan kommer att expandera till en röd jätte.

Astronomer beräknar att när vår sol blir en röd jätte, på cirka 5 miljarder år, kommer den att expandera tillräckligt för att uppsluka Merkurius, Venus och förmodligen jorden. I ljuset av detta blir solen ungefär dubbelt så lysande som den är nu. Vid den tidpunkten kommer jorden att få ungefär lika mycket energi från solen som Venus gör nu. Inte en bra prognos för livet.

Efter sin röda jättefas blir solen en undergigant. Det kommer att fördubblas i storlek under en halv miljard miljarder år. Sedan kommer ytterligare en halv miljarder år där den fördubblas i storlek igen och också blir upp till två tusen gånger ljusare. Just nu är solen ett enormt, ljust, hotfullt objekt som har blivit rött och konsumerat de inre planeterna i solsystemet.

Vid denna punkt kommer solen att vara på den rödgigantiska grenen. Den har en heliumkärna omgiven av ett väteskikt. Efter miljarder år med aktivt liv kommer Solen bara att ha cirka 100 miljoner år aktivt liv kvar. Men det finns mycket aktivitet som komprimeras till 100 miljoner år.

Först finns det heliumblixten, där solen kommer att bränna 40% av sin massa. Det kommer att göra genom att omvandla cirka 6% av helium i sin kärna till kol. Det kommer att ta bara några minuter, en chockerande sammansättning mot miljarder år i solens liv.

Efter att ha tappat all den massan kommer den att krympa till cirka tio gånger sin nuvarande storlek och ungefär 50 gånger sin ljusstyrka. Vid den tidpunkten är solen på den horisontella grenen, och den kommer att fortsätta att bränna helium i sin kärna under de närmaste hundra miljoner åren och bli lite större och mer lysande.

Men nu är solen tom för bränsle. Heliumet i sin kärna tappas ytterligare och det tappar mer massa. Ingenting kan hindra detta från att hända, och solen kommer att expandera igen, som det gjorde när den först gick in i den röda jättefasen. Men denna expansion kommer att bli mycket snabbare.

Det går snabbare för solen och det blir allt mer instabilt. Vår en gång oklanderliga sol går in i sina sista etapper. Det är nu i den asymptotiska jättegrenfasen och kommer att tillbringa cirka 20 miljoner år i den tidiga delen av den fasen. Det har en mestadels inert kärna av syre och kol, ett skal där helium smälter till mer kol, och ett annat skal där väte smälter in i helium. Det är mycket som händer.

Det kommer att krossas i en serie termiska pulser och massförlust. Var och en av dessa pulser varar bara hundra år eller så och i var och en kommer Solen att expandera och bli mer lysande. Varje puls kommer att vara starkare än den som föregår den, och denna period varar cirka 100 000 år. Beräkningar visar att vår sol sannolikt kommer att uppleva fyra av dessa pulser nära slutet av dess liv.

Efter att ha lindats av dessa pulser kommer solen att lugna sig. Solen är i alla syften död. Eller åtminstone i koma. Pulserna har tappat sina yttre lager, och det är nu en vit dvärg. Denna vita dvärg kommer endast att innehålla cirka 50% av solens ursprungliga massa.

Solen är död för det finns ingen fusion längre. Som en vit dvärg avger den bara lagrad energi. Den består av tätpackad elektron-degenererad materia, och ingen fusion kan äga rum.

Men den lyser fortfarande, och den energi som den släpper slår de gasskikt som den kastar under sina termiska pulser, jonerar gasen och tänder den. Vår sol kommer då att vara en planetnebulosa. Och det tar oss tillbaka till NGC 5307.

NGC 5307 är en glimt fram emot slutet av solens liv. Precis som NGC 5307 kommer vår sol en dag, miljarder år från och med nu, bara att vara en rest av sin tidigare härlighet som en livgivande plasma. Trots planetnamnens namn kommer det inte att finnas några planeter i närheten. Det kommer att ha förstört dem under dess utvidgningar. Det kommer bara att finnas gasen.

Men till och med gasen kommer så småningom att försvinna. Det kommer att röra sig från stjärnan och sval. Efter ungefär 10 000 år som planetnebula kommer den tidigare solen att kvarstå som en svag vit dvärg under biljoner år. Efter det kommer solen enligt teorin att bli en svart dvärg. Det kommer att ha svalnat helt och avger ingen energi. Detta är teoretiskt eftersom inga svarta dvärgar har observerats. Det tar faktiskt längre tid för en stjärna att utvecklas till detta hypotetiska svarta dvärgstillstånd än universums ålder hittills.

Den utdrivna gasen från planetnebulan har fortfarande en roll att spela. Under hela kaoset i solens senare utvecklingsstadier producerade det element som var tyngre än väte och helium genom stellär nukleosyntes. Dessa element, kallade metaller i astronomi, kommer att skickas ut i rymden och tas upp i en annan stjärnbildningsprocess. De kommer att berika nästa stjärna som ska föds och de nästa planeterna som kan bildas kring denna framtida stjärna.

Namnet planetnebulan är en felnummer från tidigare dagar i astronomin. De är inte relaterade till planeter på något sätt. Men några av de första observatörerna av dessa stjärnrester, med teleskop tillgängliga för dem vid den tiden, såg de rundade formerna och antog att de var planeter.

Nu vet vi att det inte är sant. Vi känner igen dem för vad de är. Var och en av dessa nebulosor är som en ögonblicksbild som sammanfattar de miljarder år som det tog för att nå detta tillstånd. Och även om det aldrig kommer att iakttas av mänskliga ögon (förmodligen) är detta vår sols slutliga öde.

Obs till läsarna:

Det finns en enorm mängd detaljer i en stjärnas liv och eventuella död. När vi säger något som att "smälta väte till helium frigör värme" finns det mycket mer åt det, och mycket mer än vad som kan passa in i en artikel.

Om du vill veta mer om stjärnor, rekommenderar jag "The Life and Death of Stars" (2013) av Kenneth R. Lang. Lang är professor i astronomi vid Tufts universitet, och han gör ett utmärkt jobb med att förklara allt stellar.