גמד אדום: גילוי, מאפיינים, אבולוציה, קומפוזיציה - ארטה - 2024

ננס אדום הוא כוכב קטן, מגניב שמסתו היא בין 0.08 לבין 0.8 ממסת השמש הם הכי שופעים והכוכבים-חיים הארוכה ביותר ביקום: עד שלושה רבעים מכלל ידוע עד כה. בגלל הזוהר הנמוך שלהם, הם לא ניתנים לצפייה בעין בלתי מזוינת, למרות היותם רבים בסביבת השמש: מתוך 30 כוכבים סמוכים, 20 הם גמדים אדומים.

הבולטת בזכות קרבתנו אלינו היא פרוקסימה קנטאורי, בקונסטלורה קנטאורוס, המרוחקת 4.2 שנות אור. זה התגלה בשנת 1915 על ידי האסטרונום הסקוטי רוברט אינס (1861-1933).

איור 1. איור 1. הגמד האדום פרוקסימה קנטאורי הוא חלק ממערכת הכוכבים אלפא סנטאורי בקונסטלציה צנטאורי. מקור: ESA / Hubble & NASA באמצעות Wikimedia Commons.

עם זאת, לפני שהתגלה פרוקסימה קנטאורי, הטלסקופ של האסטרונום הצרפתי ג'וזף דה לאלנדה (1732-1802) כבר מצא את הגמד האדום לאלנדה 21185, בקונסטלציה אורסה מז'ור.

המונח "גמד אדום" משמש להתייחס לסוגים שונים של כוכבים, כולל כאלה עם סוגים ספקטרליים K ו- M, כמו גם גמדים חומים, כוכבים שאינם באמת כאלה, מכיוון שלעולם לא היה להם מספיק מסת כדי להפעיל את הכור שלהם פְּנִימִי.

סוגי הספקטרום תואמים לטמפרטורת פני השטח של הכוכב, ואורו מתפרק לסדרה של קווים אופייניים מאוד.

לדוגמא, הסוג הספקטרלי K טמפרטורה בין 5000 ל 3500 K והוא תואם כוכבים צהובים-כתומים, ואילו הטמפרטורה של סוג M נמוכה מ 3500 K והם כוכבים אדומים.

השמש שלנו היא מסוג G ספקטרלי, בצבע צהוב ובעלת טמפרטורת שטח בין 5000 ל 6000 K. כוכבים עם סוג ספקטרלי מסוים הם בעלי מאפיינים רבים המשותפים, והקובע בהם הוא המוני. על פי מסת הכוכב, כך גם ההתפתחות שלה.

מאפיינים של גמדים אדומים

לגמדים אדומים יש מאפיינים מסוימים המבדילים ביניהם. כבר הזכרנו כמה בהתחלה:

גודל קטן.

-טמפרטורת שטח נמוכה.

-שיעור נמוך של בעירה חומרית.

-זוהר נמוך.

מסה

המיסה, כאמור, היא התכונה העיקרית המגדירה את הקטגוריה אליה מגיע כוכב. גמדים אדומים כל כך שופעים מכיוון שנוצרים כוכבים בעלי מסה נמוכה יותר מכוכבים מסיביים.

אך באופן מוזר, הזמן שלוקח להיווצר כוכבים בעלי מסה נמוכה ארוך יותר מכוכבים מסיביים מאוד. אלה צומחים הרבה יותר מהר מכיוון שכוח הכובד הדוחס את החומר במרכז גדול יותר, כך יש יותר מסה.

ואנחנו יודעים שצריך כמות מסוימת של מסה קריטית כדי שהטמפרטורה תהיה מתאימה, על מנת ליזום תגובות היתוך. באופן זה הכוכב מתחיל את חייו הבוגרים.

השמש לקחה עשרות מיליוני שנים להיווצר, אך כוכב גדול פי 5 דורש פחות ממיליון שנים, ואילו המסיביים ביותר יכולים להתחיל לזרוח במאות אלפים.

טֶמפֶּרָטוּרָה

טמפרטורת המשטח היא, כאמור, עוד מאפיין חשוב שמגדיר את הגמדים האדומים. זה צריך להיות פחות מ 5000K, אבל לא פחות מ 2000K, אחרת זה מגניב מכדי להיות כוכב אמיתי.

עצמים כוכבים בעלי טמפרטורה נמוכה מ -2000 K לא יכולים להיות בעלי גרעין היתוך והם כוכבים שהופלו, שמעולם לא הגיעו למסה קריטית: גמדים חומים.

ניתוח מעמיק יותר של קווים ספקטרליים יכול להבטיח את ההבדל בין גמד אדום לגמד חום. לדוגמה, עדויות ליתיום מצביעות על כך שמדובר בגמד אדום, אך אם זה מתאן או אמוניה, ככל הנראה מדובר בגמד חום.

סוגים ספקטרליים ותרשים הרצספרונג-ראסל

תרשים הרצספרונג-ראסל (תרשים HR) הוא גרף המציג את המאפיינים והתפתחותו של כוכב על פי מאפייניו הספקטרליים. זה כולל את טמפרטורת המשטח, שכאמור היא גורם מכריע, כמו גם את בהירותו.

המשתנים המרכיבים את הגרף הם בהירות בציר האנכי וטמפרטורה אפקטיבית בציר האופקי. הוא נוצר באופן עצמאי בתחילת המאה העשרים על ידי האסטרונומים עג'ר הרזספרונג והנרי ראסל.

איור 2. תרשים HR המראה גמדים אדומים ברצף הראשי, בפינה הימנית התחתונה. מקור: Wikimedia Commons. זה.

על פי הספקטרום שלהם, הכוכבים מקובצים לפי הסיווג הספקטרלי של הרווארד, המציין את טמפרטורת הכוכב ברצף האותיות הבא:

OBAFGKM

אנו מתחילים עם הכוכבים החמים ביותר, סוג O, ואילו הקרים ביותר הם מסוג M. באיור, סוגי הספקטרום נמצאים בתחתית הגרף, בסרגל הצבע הכחול בצד שמאל עד שהם מגיעים ל אדום בצד ימין.

בתוך כל סוג ישנם וריאציות, מכיוון שקווי הספקטרום בעוצמה שונה, ואז כל סוג מחולק ל 10 קטגוריות משנה, המסומנות על ידי מספרים מ- 0 עד 9. ככל שהמספר נמוך יותר, הכוכב חם יותר. לדוגמא, השמש מסוג G2 ו- Proxima Centauri M6.

האזור המרכזי בתרשים, שפועל בצורה אלכסונית בערך, נקרא הרצף הראשי. רוב הכוכבים נמצאים שם, אך ההתפתחות שלהם יכולה לגרום להם לעזוב ולמקם את עצמם בקטגוריות אחרות, כמו ענק אדום או גמד לבן. הכל תלוי במסת הכוכב.

חיי הגמדים האדומים מתרחשים תמיד ברצף הראשי, ובאשר לסוג הספקטרלי, לא כל הגמדים ממעמד M הם גמדים אדומים, למרות שרובם הם. אך בשיעור זה ישנם גם כוכבים ענקיים כמו Betelgeuse ו- Antares (מימין למעלה בתרשים HR).

אבולוציה

חייו של כל כוכב מתחילים בהתמוטטות של חומר בין כוכבים בזכות פעולת הכובד. ככל שהחומר מצטבר, הוא מסתובב מהר יותר ויותר ומתחדש לדיסק בזכות שמירת המומנטום הזוויתי. במרכז נמצא הפרוטוסטאר, העובר כביכול על הכוכב העתידי.

ככל שחולף הזמן, הטמפרטורה והצפיפות גדלים, עד שמגיעה מסה קריטית, בה מתחיל כור האיחוי בפעילותו. זהו מקור האנרגיה של הכוכב בתקופתו לבוא ודורש טמפרטורת ליבה של כ 8 מיליון ק '.

הצתה בליבה מייצבת את הכוכב, מכיוון שהיא מפצה על כוח הכבידה, ומולידה את שיווי המשקל ההידרוסטטי. זה דורש מסה שנעה בין 0.01 ל 100- ממסה השמש. אם המסה גדולה יותר, התחממות יתר תגרום לקטסטרופה שתשמיד את הפרוטוסטאר.

איור 3. בגמד אדום, האיחוי של מימן בגרעין מאזן את כוח הכובד. מקור: פ. זפטה.

לאחר כיבוי הכור היתוך והשגת שיווי משקל, הכוכבים בסופו של דבר ברצף הראשי של תרשים HR. גמדים אדומים פולטים אנרגיה לאט מאוד, ולכן אספקת המימן שלהם נמשכת זמן רב. הדרך בה גמד אדום פולט אנרגיה היא דרך מנגנון ההסעה.

ההמרה המייצרת אנרגיה של מימן להליום מתבצעת בגמדים אדומים על ידי שרשראות פרוטון-פרוטון, רצף בו יון מימן אחד מתמזג עם אחר. הטמפרטורה משפיעה רבות על הדרך בה מתרחש היתוך זה.

לאחר מיצוי המימן, הכור של הכוכב מפסיק לפעול ותהליך הקירור האיטי מתחיל.

שרשרת פרוטון-פרוטון

תגובה זו נפוצה מאוד בכוכבים שהצטרפו זה עתה לרצף הראשי, כמו גם בגמדים אדומים. זה מתחיל כך:

¹ ₁ H + ¹ ₁ H → ² ₁ H + e ⁺ + ν

כאשר e ⁺ הוא פוזיטרון, זהה בכל דבר לאלקטרון, פרט לכך שהמטען שלו חיובי ו- v הוא נייטרינו, חלקיק קל וחמקמק. לחלקו ² ₁ H הוא דויטריום או מימן כבד.

ואז זה קורה:

¹ ₁ H + ² ₁ H → ³ ₂ He + γ

באחרון γ מסמל פוטון. שתי התגובות מתרחשות פעמיים, והתוצאה היא:

³ ₂ He + ³ ₂ He → ⁴ ₂ He + 2 ( ¹ ₁ H)

איך הכוכב מייצר אנרגיה על ידי כך? ובכן, יש הבדל קל במסת התגובות, אובדן מסה קטן שהופך לאנרגיה על פי המשוואה המפורסמת של איינשטיין:

E = mc ²

מכיוון שתגובה זו מתרחשת אינספור פעמים בהן מעורבים מספר עצום של חלקיקים, האנרגיה המתקבלת היא אדירה. אך זו אינה התגובה היחידה שמתרחשת בתוך כוכב, אף שהיא הנפוצה ביותר בגמדים אדומים.

זמן חיים של כוכב

כמה זמן כוכב חי תלוי גם במסה שלו. המשוואה הבאה היא הערכה של אותה תקופה:

T = M ^-2.5

כאן T הוא הזמן ו- M הוא המוני. השימוש באותיות גדולות הוא הולם, בגלל הזמן וגודל המיסה.

כוכב כמו השמש חי כ 10 מיליארד שנים, אך כוכב פי 30 ממסת השמש חי 30 מיליון שנה ואחר מסיבי עוד יותר יכול לחיות בערך 2 מיליון שנה. כך או כך, זו נצח לבני אדם.

גמדים אדומים חיים הרבה יותר מזה, הודות לפרסומים שאיתם הם מבלים את הדלק הגרעיני שלהם. למטרות הזמן כפי שאנו חווים אותו, ננס אדום נמשך לנצח, מכיוון שהזמן שלוקח להתרוקן מימן מהגרעין עולה על גילו המשוער של היקום.

עדיין לא מתו גמדים אדומים, כך שכל מה שניתן לשער לגבי כמה זמן הם חיים ומה יהיה סופו נובע מהדמיות ממוחשבות של דגמים שנוצרו עם המידע שיש לנו עליהם.

על פי מודלים אלה, מדענים חוזים שכאשר גמד אדום ייגמר במימן הוא יהפוך לגמד כחול.

איש מעולם לא ראה כוכב מסוג זה, אך ככל שמימן מתפוגג, ננס אדום לא מתרחב לכוכב ענק אדום, כפי שהשמש שלנו תעשה יום אחד. זה פשוט מגביר את הרדיואקטיביות שלו ואיתו טמפרטורת פני השטח שלו, הופך לכחול.

הרכב הגמדים האדומים

הרכב הכוכבים דומה מאוד, לרוב מדובר בכדורי ענק של מימן והליום. הם שומרים על חלק מהיסודות שנמצאו בגז ובאבק שהולידו אותם, ולכן הם מכילים גם עקבות של היסודות שהכוכבים הקודמים סייעו ליצור.

מסיבה זו, הרכב הגמדים האדומים דומה לזה של השמש, אם כי קווי הספקטרום נבדלים משמעותית בגלל הטמפרטורה. כך שאם לכוכב יש קווי מימן חלשים, זה לא אומר שהוא חסר יסוד זה.

בגמדים אדומים ישנם עקבות של יסודות כבדים אחרים, אותם מכנים אסטרונומים "מתכות".

באסטרונומיה הגדרה זו אינה עולה בקנה אחד עם מה שנהוג להבין כמתכת, שכן כאן היא משמשת להתייחסות לכל יסוד, למעט מימן והליום.

הַדְרָכָה

תהליך היווצרות הכוכבים מורכב ומושפע ממספר משתנים. יש עדיין הרבה שלא ידוע בתהליך זה, אך הוא האמין שהוא זהה לכל הכוכבים, כמתואר בקטעים הקודמים.

הגורם שקובע את גודל וצבעו של כוכב, הקשורים לטמפרטורה שלו, הוא כמות החומר שהוא מצליח להוסיף בזכות כוח הכובד.

נושא שמדאיג את האסטרונומים ושנשאר להבהיר הוא העובדה שגמדים אדומים מכילים יסודות כבדים יותר ממימן, הליום וליתיום.

מצד אחד, תיאוריית המפץ הגדול צופה כי הכוכבים הראשונים שנוצרו חייבים להיות מורכבים רק משלושת היסודות הקלים ביותר. עם זאת, אלמנטים כבדים התגלו בגמדים אדומים.

ואם עדיין לא מתו גמדים אדומים, זה אומר שהגמדים האדומים הראשונים שנוצרו עדיין צריכים להיות שם איפשהו, כולם מורכבים מאלמנטים קלים.

אז יתכן שהגמדים האדומים נוצרו מאוחר יותר, מכיוון שנדרשת נוכחות של אלמנטים כבדים ביצירתם. או שישנם גמדים אדומים מהדור הראשון, אך בהיותם כה קטנים ובעלי תאורה כה נמוכה, הם עדיין לא התגלו.

דוגמאות לגמדים אדומים

הקנטאורי הבא

הוא רחוק 4.2 שנות אור ויש לו מסה שווה ערך לשמינית מזו של השמש, אך צפופה פי 40. לפרוקסימה שדה מגנטי חזק, הגורם לו להתלקחות.

לפרוקסימה יש לפחות כוכב לכת ידוע אחד: Proxima Centauri b, שנחשף בשנת 2016. אך על פי ההערכה, הוא נסחף על ידי התלקחויות שהכוכב פולט לעיתים קרובות, כך שסביר להניח שלא יכיל חיים, לפחות לא כמו שאנחנו יודעים, מכיוון שפליטת הכוכב מכילה צילומי רנטגן.

הכוכב של ברנרד

איור 4. השוואה בין הגדלים בין השמש, הכוכב של ברנרד לבין כוכב הלכת צדק. מקור: Wikimedia Commons.

זהו גמד אדום קרוב מאוד, במרחק של 5.9 שנות אור, אשר המאפיין העיקרי שלו הוא המהירות הגדולה שלו, כ -90 קמ"ש לכיוון השמש.

זה נראה דרך טלסקופים וכמו פרוקסימה, הוא גם נוטה להתלקחויות והתלקחויות. לאחרונה התגלה כוכב לכת המקיף את כוכב ברנרד.

טייגרדן סטאר

הגמד האדום הזה של 8% בלבד ממסת השמש נמצא בקבוצת טלה וניתן לראות אותו רק באמצעות טלסקופים חזקים. זה בין הכוכבים הקרובים ביותר, במרחק של כ 12 שנות אור.

הוא התגלה בשנת 2002 ובנוסף לכך שיש לו תנועה מדהימה משל עצמו, נראה שיש לו כוכבי לכת באזור שנקרא אזור ראוי למגורים.

זאב 359

זהו גמד אדום משתנה בקבוצת הכוכבים של ליאו ונמצא כמעט 8 שנות אור מרחוק השמש שלנו. בהיותו כוכב משתנה, זוהרותו מתגברת מעת לעת, אם כי זיקוקיו אינם עזים כמו אלה של פרוקסימה קנטאורי.

הפניות

1. אדמס, פ. גמדים אדומים וסוף הרצף הראשי. התאושש מ: astroscu.unam.mx.
2. קרול, ב. מבוא לאסטרופיזיקה מודרנית. 2. מַהֲדוּרָה. פירסון.
3. קוֹסמוֹס. גמדים אדומים. התאושש מ: astronomy.swin.edu.au.
4. מרטינז, ד. ההתפתחות הכוכבית. התאושש מ-: Google Books.
5. טיילור, נ. הגמדים האדומים: הכוכבים הנפוצים והארוכים ביותר. התאושש מ: space.com.
6. Fraknoi, A. Spectra of Stars (and גמדי חום). התאושש מ: phys.libretexts.org.