Slunce a HR diagram

Vztah hmotnost – zářivý výkon

Pro hvězdy hlavní posloupnosti platí, že zářivý výkon roste s mocninou hmotnosti podle následujícího vztahu:

Ve výrazu je použito zářivého výkonu (L_S) a hmotnosti (M_S) vztažené ke Slunci.
Obecný vztah hmotnost – zářivý výkon je mnohem komplikovanější, obecně platí L ≈ Mⁿ, kde n je pro různé části hlavní posloupnosti odlišné.

Slunce na hlavní posloupnosti

Slunce na hlavní posloupnosti

Vývoj Slunce na hlavní posloupnosti

Vývojový přechod od mateřské, v tomto případě sluneční mlhoviny, k hvězdě na hlavní posloupnosti se nazývá Praslunce. Zpočátku se v Praslunci uvolňovala pouze jeho gravitační potenciální energie, a to smršťováním se. Uvolněnou energii Praslunce zčásti vyzářilo (jako infračervené a později červené záření), zčásti ji přeměnilo v  teplo. Po dosažení teploty 7 mil. K se začal vodík přeměňovat na helium. Potom byly zdrojem energie jednak vlastní gravitace, jednak hoření vodíku. Se vzrůstající vnitřní teplotou podíl gravitace klesal, až se při středové teplotě 15 mil. K smršťování docela zastavilo. Praslunce se ocitlo na hlavní posloupnosti HR diagramu a stalo se dospělou hvězdou – Sluncem. Od té doby vyzařuje v důsledku své vysoké teploty, zdrojem energie jsou termonukleární reakce.

Vývoj Slunce na hlavní posloupnosti

Očekávaná budoucnost Slunce

Očekávaná budoucnost Slunce

Jestliže hvězda spálí zhruba 10 % až 20 % vodíku, její jádro bude bez potřebného paliva. V tomto okamžiku se hvězda dostává do konečné fáze svého vývoje.
Okolo samotného jádra se začne smršťovat vodík a jeho teplota začne stoupat. Hlavním efektem je opětovné spuštění termojaderné reakce. Tato jaderná reakce je vcelku rychlá a výsledná tlaková vlna začne působit na vnější vrstvy hvězdy. Hvězda se začne postupně „nafukovat“. Během této doby se její jádro začne vlivem gravitace smršťovat, to způsobí přenos energie směrem na povrch hvězdy, který se ještě více nafoukne a tím se ochladí.
Průměr hvězdy může vzrůst až na 200 násobek, zatímco ochlazování je provázeno tím, že hvězda začne vyzařovat více v červené oblasti spektra – hvězda se postupně stává červeným obrem.

Porovnání Slunce takové jaké je teď a jaké bude jako červený obr za 5 miliard let. Život na Zemi bude v tomto případě nemožný.

Jádro hvězdy, které nemá další palivo, nemá zároveň potřebnou energii v boji s gravitací. Hvězda se tedy začíná smršťovat, dokud není hustota natolik veliká, že by nutila elektrony opouštět své orbitální dráhy okolo atomárního jádra.
Hvězda se stala bílým trpaslíkem a její teplota se pohybuje mezi 5 000 K a 100 000 K. Tyto objekty mohou pouze vyzařovat zbytkové vnitřní teplo a chladnou. Jestliže dostatečně vychladnou, stanou se neviditelnými.
Fyzicky má bílý trpaslík stejnou velikost jako Země, ale jeho hmotnost zůstala téměř nezměněná – únik vnějších vrstev nezpůsobí přílišnou změnu hmotnosti. Z toho důvodu je hustota tohoto objektu obrovská. Pro přirovnání, sklenice hmoty z bílého trpaslíka by vážila více než 50 tun!
Bílí trpaslíci jsou také objekty s velkou rotační rychlostí, protože si ponechaly rotaci počáteční hvězdy, ale jsou zároveň mnohem menší.

Červení obři

Pro hvězdy s hmotností menší než 4 hmotnosti Slunce platí, že vyčerpání vodíku v centru spustí rozpínání hvězdy do podoby červeného obra. Je to červená hvězda, která má vysoký zářivý výkon (absolutní hvězdná velikost je kolem 0 mag). Jeho povrchová teplota je 3 240 K (M6) až 3 800 K (M0) a poloměr 10 – 100 poloměrů Slunce. V HR diagramu jsou umístěny vpravo nahoře.

Červený obr.

Slunce jako červený obr

Z mnoha pozorování jiných hvězd, které jsou podobné našemu Slunci, se očekává, že se Slunce časem přesune směrem nahoru a doprava ze své stávající polohy na hlavní posloupnosti a vstoupí do fáze červeného obra. Závěrečná etapa našeho Slunce je předpovídána jako bílý trpaslík.

Slunce jako červený obr.