Mikor fog meghalni a Nap?

A Nap „haldoklásának” kezdete körülbelül 5 milliárd év múlva várható, amikor kifogy a hidrogénből.

Néhány gyakran ismételt kérdést tett fel a space.com Frederick C. Bruhweiler fizikusnak a Nap „halálával” és annak a Naprendszerünkre gyakorolt ​​​​hatásával kapcsolatban.

Frederick Bruhweiler különböző adatokat használ a kozmosz modellezésére, emellett közreműködött a Hubble űrteleszkóp két kulcsfontosságú eszközének, a Goddard nagy felbontású spektrográfnak és az űrteleszkóp képalkotó spektrográfnak a fejlesztésében. Jelenleg több NASA által finanszírozott kutatási projekt vezető kutatója.

A Nap csillagmaradványként, úgynevezett fehér törpeként fogja befejezni életét. A fehér törpe lényegében egy kihunyt csillag, amely kimerítette az összes elégetni képes nukleáris üzemanyagát. Fehér törpeként lassan lehűl és egyre alacsonyabb hőmérsékletűvé válik. Ez a kis tömegű csillagok, beleértve a Napot is, végső állapota.

Bár a Nap térfogata milliószorosa a Földének, egy fehér törpe nagyjából akkora, mint a Földünk. A fehér törpe nagy része egy speciális, ultrasűrű anyagállapotból, az úgynevezett elektrondegenerált anyagból áll. Ez egy olyan állapot, amelyben az összes elektron a lehető legalacsonyabb energiaállapotban van.

Fehér törpévé alakulását követően Napunk főként szénből és oxigénből álló maggal fog rendelkezni, ami az égő hélium maradványa. Ezt a magot egy vékony héliumréteg veszi majd körül, amely a hélium elégetésének maradványa lesz. A külső „héj” egy vékony réteg nem elégett hidrogént tartalmaz majd. Néhány fehér törpének nincs ilyen külső hidrogénrétege, mivel a hidrogén termonukleáris elégése az evolúciójuk során befejeződött.

A Föld valószínűleg már nem is létezik majd akkorra, amikor a Nap kihuny. A Nap lassan tágul. Körülbelül 5 milliárd év múlva majd belép a vörös óriás fázisba. Ebben a fázisban a Nap átmenetet hajt végre a magban lévő hidrogén elégetéséről a mag körüli hidrogén elégetésére, amelyet a hidrogén elégetése héliummá alakított.

Az energiatermelés drámaian megnő, és arra kényszeríti a csillagot, hogy több mint 200-szorosára táguljon, hogy elérje az új egyensúlyi állapotot. Az elméleti modellezés és a Gaia űrszonda távolságmeghatározásaival megerősített megfigyelések azt mutatják, hogy a Nap könnyen elnyelheti a Földet, amikor eléri maximális méretét.

Amikor a Nap eléri az AGB [az aszimptotikus óriáság] csúcsát, megkezdődik a héliumégetés. Egy olyan csillagban, mint a Nap, a héliumégetés termikus impulzusok révén történik. Minden impulzusban a Nap jelentős tömegveszteséget szenved el.

A Nap azonban teljes élettartama alatt tömegveszteséget szenvedett. Ez a tömegveszteségi arány a jelenlegi Napban meglehetősen alacsony, amit a napszél is bizonyít.

A Föld jelenleg is veszít a vízkészleteiből. Az UV-sugárzás mezőjével és a Földet elérő napszél részecskéivel való kölcsönhatások disszociálják a felső légkörünkben lévő vizet. Különösen a könnyű hidrogén tud kiszabadulni a Föld gravitációs vonzása alól. A korábbi űrmissziók és a Hubble űrteleszkóp megfigyelései egy kiterjedt, táguló hidrogénfelhőt (exoszférát) mutatnak a Föld körül. A becslések szerint a Föld egymilliárd éven belül elveszíti vízkészletének nagy részét, és nagyon hasonló lesz a Marshoz. Még ha a Nap nem is nyeli el a Földet, a megnövekedett fény és az erős csillagszél fejlődésének későbbi fázisaiban elpárologtatná a megmaradt légkört vagy óceánt. Ha a Föld túlélné, egy fehér törpe körül keringő sziklás salak maradna bolygónkból.

A normál evolúciós és a planetáris ködből kidobott anyag a hidrogén- és héliumégetési folyamatokból származó nehéz elemekkel dúsítja a csillagközi teret. Ez szenet, nitrogént és oxigént, valamint olyan elemeket tartalmaz majd, mint a bárium, cirkónium és lantán, hogy csak néhányat említsünk.

Az ebből a dúsított anyagból álló felhők más csillagok anyagával kombinálva sűrű felhőket alkothatnak, amelyek később összeomolhatnak, létrehozva a következő csillaggenerációt.

A Napunkhoz hasonló csillagok akkor keletkeznek, amikor egy hatalmas gázfelhő (többnyire hidrogén és hélium) annyira megnő, hogy saját súlya alatt összeomlik. Az összeomló gáztömeg közepén olyan magas a nyomás, hogy a hő elképzelhetetlen szintre emelkedik, a hőmérséklet pedig olyan magas, hogy a hidrogénatomok elveszítik elektronjaikat.

Ezek a csupasz hidrogénatomok ezután héliumatomokká egyesülnek, és ez a reakció elegendő energiát szabadít fel ahhoz, hogy ellensúlyozza a gázfelhőt összenyomó intenzív gravitációs nyomást. A gravitáció és a fúziós reakciók energiája közötti harc táplálja a Napunkat és galaxisunkban és azon túl található több milliárd más csillagot.

De körülbelül 5 milliárd év múlva a Nap kifogy a hidrogénből. Csillagunk jelenleg életciklusának legstabilabb fázisában van, a Naprendszerünk kialakulása óta, körülbelül 4,5 milliárd évvel ezelőtt, így van. Amint az összes hidrogént felhasználja, a Nap kinövi ezt a stabil fázist.

Mivel a magban nem marad hidrogén, ami egyesülhetne, egy fúziós hidrogénből álló héj alakul ki a héliummal töltött mag körül – írta Jillian Scudder asztrofizikus a The Conversation című folyóiratban megjelent cikkében. A gravitációs erők veszik át az irányítást, összenyomják a magot, és lehetővé teszik a Nap többi részének kitágulását.

Csillagunk nagyobbra fog nőni, mint azt el tudjuk képzelni – olyan nagyra, hogy beborítja majd a belső bolygókat, beleértve a Földet is. Ekkor a Nap vörös óriássá válik, és körülbelül egymilliárd évig marad ebben az állapotban.

Ezután a külső magban lévő hidrogén mennyisége csökken, ami héliumbőséget hagy maga után. Ez az elem ezután nehezebb elemekké, például oxigénné és szénné egyesül olyan reakciókban, amelyek nem bocsátanak ki annyi energiát. Amint az összes hélium eltűnik, a gravitációs erők átveszik az irányítást, és a Nap fehér törpévé zsugorodik. Az összes külső anyag eloszlik, planetáris ködöt hagyva maga után.

„Amikor egy csillag meghal, gáz- és portömeget – az úgynevezett burkot – lök ki az űrbe. A burok akár a csillag tömegének felét is elérheti” – mondta Albert Zijlstra, a Manchesteri Egyetem csillagásza egy nyilatkozatban. „Ez feltárja a csillag magját, amely életének ezen a pontján kifogy az üzemanyagból, végül kihúny, és mielőtt végleg elpusztulna.”

A csillagászok becslése szerint a Napnak körülbelül 7-8 milliárd éve van hátra, mielőtt fehér törpévé válik. Így vagy úgy, az emberiség addigra már rég eltűnhet.

A Napunk nem elég nagy tömegű ahhoz, hogy halálakor drámai csillagrobbanást, más néven szupernóvát idézzen elő – és soha nem is válik fekete lyukká. Bármilyen drámainak is hangzanak ezek a kozmikus sorsok, ezek az igazi „csillagnehézsúlyúak” számára vannak fenntartva.

Ahhoz, hogy egy csillag szupernóvaként fejezze be életét, legalább 8-10-szerese kell, hogy legyen a Nap tömegének. Az ilyen hatalmas csillagokban a magban zajló magfúzió egyre nehezebb és nehezebb elemeket kovácsol – egészen a vasig. Miután a vas felhalmozódik a magban, már nem tudja fenntartani azokat a fúziós reakciókat, amelyek a csillagot a gravitációval szemben tartják. A mag összeomlik, ami egy erőteljes robbanást indít el, amely a külső rétegeket az űrbe löki. Ami megmarad, az jellemzően egy ultrasűrű maradvány, amelyet neutroncsillagnak neveznek – egy város méretű objektum, amely olyan kompakt, hogy anyagának egy teáskanálnyi tömege több milliárd tonnát nyomna.

Ahhoz, hogy egy lépéssel tovább menjünk és fekete lyukat hozzunk létre, egy csillagnak általában a Nap tömegének körülbelül 20-szorosával vagy annál nagyobbal kell rendelkeznie. Ezekben az esetekben a mag összeomlása olyan szélsőséges, hogy még a neutronok sem bírják el a nyomást, és a maradvány szingularitássá omlik össze – egy végtelen sűrűségű ponttá, amelyet egy eseményhorizont vesz körül, amelyből még a fény sem tud kijutni.

Napunk ehhez képest egy viszonylag szerény csillag – egy G-típusú fősorozati csillag, vagy sárga törpe. Alacsonyabb tömege azt jelenti, hogy amikor kifogy a nukleáris üzemanyagból, egy csendesebb, lassabb utat követ a halál felé, vörös óriássá duzzad, és végül lehullik külső rétegeiből, egy hűlő fehér törpét hagyva maga után – a Nap kitett magját, amely nem nagyobb a Földnél, de hihetetlenül sűrű.

Röviden, a Nap kozmikus nyugdíjba vonul, nem pedig kialszik egy csattanással.