Lähdekoodi sivulle Tähden kehitys

{{Korjattavat 2012|1085}}
{{lähteetön}}
[[Kuva:Sun Life-fi.png|thumb|500px|[[Aurinko|Auringon]], tyypillisen keskimassaisen tähden, elinkaari]]
{{Tähdet}}
'''Tähden kehitys''' on monivaiheinen tapahtumaketju, jonka aikana [[tähti]] käy miljoonien tai miljardien vuosien aikana läpi eri kehitysvaiheita säteillen valoa ja lämpöä. Lopulta tähti joko tuhoutuu näkyvästi tai aloittaa hiljaisen viilentymisen. Kehityskaaren pituuden takia sitä on mahdotonta tutkia tarkkailemalla yksittäistä tähteä; sen sijaan on tarkasteltava useita tähtiä kehityksensä eri vaiheissa.<ref name=maailmankaikkeus>{{Kirjaviite | Nimeke =  Tieteen maailma: Maailmankaikkeus | Vuosi = 1992 | Tekijä = Ian Nicolson ja Patrick Moore | Suomentaja = Pertti Jotuni ja Jarmo Hakanen | Luku = 5: Tähtien kehitys | Julkaisija = Bonniers Bøger | Sivut = 29-32 | Isbn = 87-427-0407-3 | viitattu = 27.3.2013 }}</ref>

Tähden kehitys alkaa, kun tähtienvälisestä pöly- ja kaasupilvestä tiivistyy [[gravitaatio]]n vaikutuksesta [[prototähti]], joka kehittyy hiljalleen [[Tähden nukleosynteesi|vetyä polttavaksi]] [[pääsarja]]n tähdeksi.<ref name=maailmankaikkeus></ref> Tämä on pitkä ja vakaa vaihe, jonka pituus vaihtelee tähden koosta riippuen muutamasta miljoonasta vuodesta aina [[maailmankaikkeuden ikä|maailmankaikkeuden ikää]] pidempiin ajanjaksoihin (pienempien ja himmeämpien tähtien polttoaine riittää pidempään). Kun tähden vetypolttoaine on lopulta loppunut, se alkaa polttamaan yhä raskaampia alkuaineita muuttuen [[jättiläistähti|jättiläistähdeksi]].<ref name=maailmankaikkeus></ref> Lopulta [[Aurinko|Auringon]] kokoiset tähdet kutistuvat hiljalleen viilentyviksi [[valkoinen kääpiö|valkoisiksi kääpiöiksi]].<ref name=maailmankaikkeus></ref> Huomattavasti massiivisemmat tähdet voivat kuitenkin romahtaa [[neutronitähti|neutronitähdiksi]] tai [[musta aukko|mustiksi aukoiksi]].<ref name=maailmankaikkeus></ref>

== Tähden synty ==
{{Pääartikkeli|[[Tähtien synty]]}}
[[Kuva:Kotkasumu M16 yksityiskohta.jpg|thumb|right|260px|Orionin Kotkasumu M16 on nuorten tähtien syntyalue.]]
[[Tähtien synty|Tähdet syntyvät]] kylmistä, suurista [[Tähtienvälinen kaasu|kaasupilvistä]] luhistumalla oman painovoimansa ansiosta. Pilven tai sen osan täytyy olla kyllin tiheä ja alussa kylmä, jotta se luhistuisi. Havaintojen mukaan tähdet syntyvät joukkoina. Tähden syntyessä se hehkuu, kun tähden synnyttävän kaasupilven luhistumisen aiheuttama kitka kuumentaa kaasua. Syntyvää, kutistuvaa tähteä sanotaan [[prototähti|prototähdeksi]]. Monesti prototähti havaitaan kaasupilven läheltä ja sisältä radio- tai [[infrapuna]]kohteena. Tähden kutistuessa ja kuumetessa ensin sen synnyttäneen kaasupilven molekyylit hajoavat atomeiksi, ja edelleen kuumetessa lopulta atomit [[ioni|ionisoituvat]]<ref name=":0">{{Kirjaviite|Tekijä=Hannu Karttunen, Karl Johan Donner, Pekka Kröger, Heikki Oja ja Markku Poutanen|Nimeke=Tähtitieteen perusteet|Vuosi=2016|Sivu=352-375|Julkaisija=Ursa}}</ref>. Lopulta tähdestä tulee niin tiivis ja kuuma, että sen ydinreaktiot syttyvät. Kaikki aines ei putoa suoraan tähteen, vaan kutistuvan tähden ympärille syntyy keskipakoisvoiman takia [[Esiplanetaarinen kiekko|kiekkomainen rakenne]]. Eri tutkimusten mukaan näistä kiekoista syntyy pienimassaisia tähtiä ja/tai planeettoja. Muodostuttuaan tähti asettuu niin sanottuun [[Pääsarja|pääsarjaan]].

==Pääsarjavaihe==

[[Kuva:Evolutionary_track_1m.svg|thumb|right|400px|Auringon kehitys HR-kaaviossa, jossa on x-akselina tähden pintalämpötila ja y-akselina kirkkaus.  Kun vety loppuu Auringon ytimestä, se kutuistuu ja kuumenee. Ulkokerrokset laajenevat, ja Auringosta tulee punainen jättiläistähti. Tämä muuttuu lopulta epävakaaksi singoten kaasukuoren. Tällöin Auringosta on tullut valkea kääpiö.]]

{{Pääartikkeli|[[Pääsarja]]}}
Pääsarjaksi kutsutaan [[Hertzsprungin–Russellin kaavio]]ssa sen lävistäjän suuntaista vyöhykettä, jossa valtaosa tähdistä sijaitsee, koska ne viettävät valtaosan kehityskaarestaan siellä. Tänä aikana tähti saa energiansa yksinomaan vedyn fuusiosta ja sen tila pysyy vakaana. Ainoa muutos tapahtuu hyvin hitaasti tähden rakenteessa ja kirkkaudessa, kun ydinreaktiot kasvattavat heliumin suhteellista osuutta tähdessä ja kirkkaus kasvaa muutamia kymmeniä prosentteja. Pääsarjavaihe kestää 15 kertaa Aurinkoa massiivisemmalla tähdellä vain 10 miljoonaa vuotta, Auringolla 10 miljardia vuotta ja tähdellä, jonka massa on neljännes Auringon massasta, noin 70 miljardia vuotta. Aurinko on tällä hetkellä pääsarjavaiheensa puolessavälissä, joten sillä on yhä viisi miljardia vuotta aikaa vakaata hiljaiseloa; kirkkauden kasvusta kuitenkin johtuu, että elämä maapallolla alkaa käydä mahdottomaksi jo miljardin vuoden kuluessa valtamerten alkaessa höyrystyä pois.

Yli 1,5 kertaa Aurinkoa massiivisemmat tähdet kuuluvat ylempään pääsarjaan, jossa niiden ytimien lämpötila ylittää 18 miljoonaa astetta sallien energian tuoton suurimmaksi osaksi niin sanotussa [[hiilisykli]]ssä, jossa hiili, typpi ja happi toimivat palamisreaktion [[katalyytti|katalyytteina]]. Hiilisykli on keskittynyt tähden kuumaan ytimeen, jossa syntyvän energiavuon määrä on niin suuri, ettei säteily riitä siirtämään kaikkea energiaa sieltä poispäin. Ytimessä tapahtuukin [[konvektio]]virtauksia sekoittaen  samalla ytimen ainetta. Ytimen ulkopuolella on vetykerros, jossa ei tapahdu lainkaan ydinreaktioita pääsarjavaiheen aikana.

Massaltaan alle 1,5 kertaa Auringon suuruiset tähdet kuuluvat alempaan pääsarjaan, jossa energiaa tuotetaan niin sanotulla protoni-protoni-ketjulla. Koska ketju ei vaadi niin suurta lämpötilaa kuin hiilisykli, tapahtuvat ydinreaktiot suuremmalla alueella tähden sisuksissa, eikä konvektioita siellä pääse syntymään. Sen sijaan tähden ulko-osien alhaisen lämpötilan seurauksena kaasu on siellä siinä määrin läpinäkymätöntä, että säteily ei enää kykene kuljettamaan kaikkea energiaa ja ulko-osissa tapahtuu siten konvektiota. Tästä seuraa, että ylemmän ja alemman pääsarjan tähtien rakenteet ovat päinvastaiset.

Tähdet, joiden massa on 0,08–0,26 Auringon massaa, ovat kauttaaltaan konvektiivisia. Niissä aine sekoittuu koko ajan ja vetyvarasto on käytettävissä kokonaisuudessaan. Tästä seuraa, että vetyvarastojen loppuessa tähti kutistuu rauhallisesti [[valkoinen kääpiö|valkoiseksi kääpiöksi]]. Kaikki kyseisen kokoluokan tähdet ovat yhä niin nuoria, etteivät ne tule vielä kymmeniin miljardeihin vuosiin poistumaan pääsarjasta.<ref name=":0" />

==Jättiläisvaihe==
{{Pääartikkeli|[[Jättiläistähti]]}}
Kun ytimen vetyvarasto on palanut loppuun ja muuttunut heliumiksi, alkaa tähti polttaa kuoressa sijaitsevaa vetyä, jolloin ulko-osat alkavat laajentua ja heliumytimen massa kasvaa. Tähden ydin kutistuu ja kuumenee. Kuuman ytimen säteily laajentaa ulkokerrokset. Aluksi pintalämpötila laskee, ja tähti muuttuu punaisemmaksi. Lopulta tähden valovoima alkaa kasvaa, ja se kohoaa HR-kaaviossa ylöspäin. Tähti on nyt [[punainen jättiläinen]]. Siirtymävaihe jättiläistähdeksi kestää keveillä tähdillä huomattavasti pidempään kuin suurimassaisilla tähdillä.

Alle 2,3 kertaa Auringon massaisen tähden ytimessä tiheys kasvaa siihen pisteeseen, että aine [[degeneroituminen|degeneroituu]]. Lämpötila puolestaan kasvaa siellä lopulta sataan miljoonaan asteeseen, jolloin helium alkaa fuusioitua hiileksi [[Kolmialfareaktio|kolmialfaprosessissa]]. Normaalista aineesta poiketen degeneroitunut kaasu ei laajene lämpötilan kasvaessa, jolloin lämpötilan nousu vain kiihdyttää reaktioita edelleen. Lämpötilan noustessa edelleen aine ei enää pysy degeneroituneena ja muuttuu ionisoituneeksi ideaalikaasuksi, joka pyrkii nopeasti laajenemaan aiheuttaen räjähdyksen, ''heliumleimahduksen''. Heliumin fuusioitumisen alkamisesta heliumleimahdukseen kuluu vain muutamia sekunteja. Tähden ulko-osat vaimentavat räjähdyksen, ja lopulta tähden rakenne muuttuu vastaamaan uutta tasapainotilaa. Heliumin loppuessa ytimestä tähdessä on kaksi kuorta, joista ulommassa tapahtuu vedyn fuusioituminen ja sisemmässä puolestaan heliumin. Rakenne on epävakaa ja saattaa aiheuttaa aineen sekoittumisen tai osan massasta purkautumisen avaruuteen. Esimerkiksi 0,6-1,0 Auringon massainen heliumia polttava tähti asettuu [[HR-kaavio]]ssa ensin keltaisten jättiläistähtien "kansoittamaan" [[horisontaalihaara|horisontaalihaaraan]], jossa on muun muassa sykkiviä [[RR Lyrae-tähti|RR Lyrae-tähtiä]]. Sen jälkeen tähti kirkastuu taas [[asymptoottihaara|asymptoottihaaraan]], jossa on monia [[pitkäjaksoinen muuttuja|pitkäjaksoisia]] [[Mira]]-tyypin [[sykkivä tähti|sykkiviä tähtiä]]. Tämän jälkeen 0,6-1,0 Auringon massainen tähti polttaa välillä heliumia, väliä vetyä hiili-happi-ytimen ympäröimässä kuoressa tähti muuttuu epävakaaksi ja sinkoaa ulkokerroksensa pois.

Raskaiden jättiläistähtien ytimessä lämpötila on suurempi ja aine harvempaa, joten degeneroitumista ei tapahdu. Helium alkaa fuusioitua ytimessä hiileksi rauhallisesti, kunnes heliumin loputtua ytimen tiivistyminen ja siitä aiheutuva lämpötilan nousu saavat aikaan vuoroin hiilen, hapen ja piin fuusioitumisen raskaammaksi alkuaineeksi aina [[rauta]]an asti. Lopulta tähdessä on kerroksittain eri alkuaineita, kevyimmät uloimpana ja raskaimmat ytimessä.<ref name=":0" />

==Kuolema ja jäänteet==
[[Kuva:NGC_7293.jpg|thumb|200px|Auringonkaltaisen tähden ulko-osista jää jäljelle planetaarinen sumu, kuten kuvan Helixsumu (NGC 7293).]]
Alle kolmen auringon massaisilla tähdillä ytimen lämpötila ei nouse riittävän korkeaksi hiilen fuusioitumisen alkamiseksi. Lopulta säteilypaine puhaltaa tähden ulko-osat avaruuteen laajenevaksi kaasupilveksi, josta muodostuu [[planetaarinen sumu]]. Tähdestä jää jäljelle kuuma ydin, [[valkoinen kääpiö]], joiden maksimimassa on 1,4 Auringon massaa. Ydinreaktiot ovat lakanneet, joten valkoinen kääpiö tiivistyy ja viilenee vähitellen. Se saavuttaa lopulta tasapainotilan, kun sen aine on kokonaisuudessaan degeneroitunut ja lämpö siirtynyt avaruuteen. Jäljelle on jäänyt musta kääpiö, kuollut tähti, joka voidaan havaita vain sen mahdollisesti muihin taivaankappaleisiin aiheuttaman painovoiman välityksellä.

3–15 Auringon massaisilla tähdillä tapahtuu lopulta heliumleimahduksen kaltainen hiili- tai happileimahdus, joka on paljon voimakkaampi. Tähti räjähtää [[supernova]]na, ja on mahdollista, että ytimestä ei jää mitään jäljelle. Yli 15 Auringon massaisilla tähdillä sisimmissä kerroksissa fuusioituminen jatkuu rautaan saakka, jonka jälkeen raskaampien alkuaineiden fuusio ei enää tuota energiaa, kuten ei myöskään raudan hajottaminen fissiossa kevyemmiksi alkuaineiksi. Ydinreaktiot lakkaavat, ja tähti alkaa luhistua kokoon hyvin nopeasti. Luhistumisessa vapautuva energia kasvattaa tähden kerrosten lämpötilaa huomattavasti, ja ulommissa osissa yhä olevat kevyemmät alkuaineet alkavat fuusioitua räjähdysmäisesti. Tähden ulko-osat räjähtävät muutamassa sekunnissa supernovana.

Räjähdyskään ei pysty keskeyttämään tähden sisimpien osien nopeaa luhistumista. Tiheyden kasvaessa protonit yhdistyvät elektroneihin ja muodostavat yhä tiiviimmin pakkautuvia neutroneita, jotka alkavat degeneroitua. Mikäli luhistuvan ytimen massa on alle tietyn rajan, todennäköisesti noin 3 Auringon massaa, saa degeneroituneiden neutronien aiheuttama degeneraatiopaine aikaan luhistumisen lakkaamisen. Tuloksena syntyy äärimmäisen tiivis [[neutronitähti]]. Mikäli massa kuitenkin ylittää edellä mainitun rajan, jota kutsutaan ''Oppenheimerin–Volkoffin massaksi'', ei mikään voi enää estää ytimen luhistumista äärettömän pieneen ja tiheään tilaan, [[musta aukko|mustaksi aukoksi]].<ref name=":0" />

== Lähteet ==
{{Viitteet}}
== Aiheesta muualla ==
{{commonscat-rivi}}

[[Luokka:Tähden kehitys|*]]
[[Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit]]