Preklad článku BBC Our Sun is big, but some stars make it look like a dust mote.
Astronómovia nevedia presne vypočítať, akú veľkosť môžu dosiahnuť hviezdy, no zdá sa, že za správnych okolností sa môžu stať skutočnými kolosmi.
Blikotavé hviezdy sa nám môžu zdať ako svetelné špendlíkové hlavičky, v skutočnosti sú však obrovské.
Najbližšou hviezdou je pre nás, samozrejme, Slnko. Má hmotnosť približne 2 milióny triliónu triliónu kilogramov (2 a za ňou 30 núl). Ak by Zem vážila toľko čo kancelárska spinka, Slnko by malo váhu motorky Hurley-Davidson.
Napriek tomu, že Slnko nie je žiadna ľahká váha, v skutočnosti je len mierne nad priemerom. Asi 1 % hviezd váži viac ako osemkrát viac než Slnko, hŕstka hviezd v galaxii váži sto či dvesto Sĺnk.
Najväčšia známa hviezda, zvaná R136a1, si drží prvenstvo s hmotnosťou približne 265 Sĺnk. Je taká ťažká, že keď ju v roku 2010 objavili, astronómovia museli vytvoriť nové teórie o tom, akú veľkosť môžu hviezdy dosiahnuť.
Zároveň nás tento poznatok primäl zamyslieť sa nad teóriami o vôbec prvých hviezdach, ktoré kedy vznikli. Zistilo sa, že niektoré z týchto hviezd, ktoré sa zrodili len 200 miliónov rokov po Veľkom tresku, mohli vážiť až 100 000 hmotností Sĺnk – čiže by to boli najväčšie hviezdy v histórii vesmíru. Otázka je, ako mohli R136a1 a prvotné hviezdy tak veľmi narásť?
Naše Slnko poháňa jadrová fúzia odohrávajúca sa v jeho strede
Hmotnosť hviezdy nie je len zaujímavou informáciou – je to jej najdôležitejšia vlastnosť, pretože určuje, ako bude žiť a ako umrie.
Hviezda je obrovitánska guľa horúceho plynu, taká veľká, že jej gravitácia ju vťahuje samu do seba. Vďaka tomu je jadro hviezdy neobyčajne husté a žeravé. Spôsobuje to jadrovú fúziu, počas ktorej sa páry atómov zrážajú a vytvárajú väčšie atómy – a tak tvoria veľa tepla a tlaku, ktorý vychádza von.
Život hviezdy závisí na rovnováhe medzi gravitáciou a tlakom. Akonáhle jej dôjde palivo, jadrová fúzia sa zastaví a hviezda nemá na výber – zrúti sa sama do seba.
Osud hviezdy a to, ako rýchlo minie palivo, závisí na jej hmotnosti.
Hviezdy sa vo veľkosti výrazne líšia
Hviezdy s hmotnosťou niekoľkých desiatok Sĺnk žiaria jasno a spaľujú rýchlo. Žijú len zopár stoviek miliónov rokov a potom explodujú na supernovu a zanechajú za sebou husté, neobyčajné objekty ako čierne diery či neutrónové hviezdy.
Na rozdiel od toho menšie hviezdy, ako napríklad Slnko, ustálene „tlejú“ miliardy rokov a potom sa stanú hviezdnymi „mŕtvolami“ – bielymi trpaslíkmi.
Podľa relatívne priamočiarych výpočtov môže mať hviezda najmenej 0,08 hmotnosti Slnka. Takáto hviezda má dostatok hmotnosti na to, aby vytvorila jadrovú fúziu. Ak by vážila menej, bola by len plynnou guľou.
Avšak zatiaľ čo astronómovia celkom dobre rozumejú minimálnej hmotnosti hviezdy, druhá strana spektra je o čosi hmlistejšia. „Je to vážne jedna z najväčších nezodpovedaných otázok astrofyziky,“ hovorí Volker Bromm, astrofyzik z univerzity v texaskom Austine.
Hviezdokopa Arches je jednou z najplnších v našej galaxii
Len pred desiatimi rokmi si astronómovia mysleli, že horná hranica hviezdnej hmotnosti je asi 150 hmotností Slnka. „Mali sme vierohodné dôkazy, že taký by mal byť limit – jednak teoretické, jednak observačné,“ vraví Paul Crowther z univerzity v britskom Sheffielde.
Museli by sme mať veľké šťastie, aby sme zazreli veľmi ťažkú hviezdu, pretože ich životy trvajú veľmi krátko. Hviezdy s hmotnosťou sto alebo viac hmotností Slnka by zahynuli v priebehu pár miliónov rokov – a to je z kozmologického hľadiska len žmurknutie.
Zdalo sa, že sľubným miestom výskytu takýchto hviezd je hviezdokopa Arches, jedna z najhustejších „zbierok“ hviezd v Mliečnej ceste.
Hviezdokopa podľa všetkého vznikla len nedávno, takže aj tie najhmotnejšie hviezdy ešte nemuseli stihnúť zahynúť. V jej okolí sa takisto nachádzalo veľa materiálu potrebného pre vznik hviezd, takže šlo o prostredie vhodné pre hviezdnych velikánov.
Astronómovia však nenašli hviezdu s hmotnosťou väčšou než 150 Sĺnk. Nazdávali sa, že je pre hviezdu zrejme nemožné nabrať takú obrovskú hmotnosť.
R136 je mladá hviezdokopa
V určitom bode by sa hviezda mala stať natoľko hmotnou a žiarivou, aby jej žiarenie „odvialo“ jej vonkajšie vrstvy, čo by zabránilo ďalšiemu rastu. Tento prirodzený hmotnostný limit sa nazýva Eddingtonov limit a výpočty nasvedčovali, že sa približuje hmotnosti 150 Sĺnk.
Lenže v roku 2010 Crowther a skupina astronómov pozorovali ešte ťažšiu skupinu hviezd, zvanú hviezdokopa R136. Objavili v nej nie jednu, ale niekoľko hviezd, ktoré prevyšujú 150 hmotností Slnka. Najobrovitejšou je R136a1, ktorá váži toľko ako 265 Sĺnk.
Navyše je možné, že keď sa zrodila, bola ešte ťažšia.
R136a1 je takzvaná Wolfova-Rayetova hviezda, čo znamená, že je masívna, žiarivá a horúca a vyžaruje silnú radiáciu, ktorá vypudzuje jej vonkajšie vrstvy. Má teplotu zhruba 53 000 stupňov Celzia a žiari takmer 10 miliónov ráz jasnejšie než Slnko. Napriek tomu, že je taká mladá (má zhruba milión rokov), stratila už zhruba 50 hmotností Slnka plynu.
Znamená to, že R136a1 kedysi vážila viac ako 300 Sĺnk. Takže toľko k hmotnostnému limitu 150 Sĺnk.
Umelecké zobrazenie R136a1
Vyzerá to tak, že prekročenie limitu vlastne nie je žiadny problém. Crowther tvrdí, že predošlé odhady Eddingtonovho limitu boli pomerne „nezrelé“ – a podrobnejšie výpočty ukazujú, že hviezdy môžu (aspoň teoreticky) nadobudnúť ešte väčšiu hmotnosť.
Pokiaľ ide o hviezdokopu Arches, astronómovia zistili, že je staršia, než sa nazdávali, čo znamená, že všetky skutočne obrovité hviezdy už sú dávno preč. R136 je však dosť mladá a jej pôvodné hviezdy stále žijú.
Napriek tomu sú ťažké váhy ako R136a1 zvláštnosťou. Crowther odhaduje, že ich možno existuje v celej Mliečnej ceste len hŕstka.
„Najväčšia otázka je, ako sa stali takými hmotnými,“ hovorí.
Vlákna v molekulárnom mraku v súhvezdí Býka
Kým rastúca hviezda nadobudne určitú hmotnosť, chce to čas. Hviezdy ako Slnko sa formujú zhruba 10 miliónov rokov, no hviezdy ako R136a1 žijú len niekoľko miliónov rokov, takže musia vzniknúť v priebehu stoviek tisícov rokov – čo je len kozmický záblesk.
Nik nevie naisto ako. Jedna teória tvrdí, že obrovské hviezdy vznikajú pri zrážkach dlhých vláken studeného, hustého plynu. Európsky Herschelov vesmírny ďalekohľad v posledných rokoch zachytil takéto vlákna v celej galaxii a každé sa môže natiahnuť na zopár svetelných rokov.
Keď sa tieto vlákna zrazia, môžu vzniknúť husté „balíčky“ plynu a vytvoriť hviezdu – tak by vznikla naraz celá hviezdokopa. Väčšina nových hviezd by bola malá, niektoré by boli masívne a zopár by teoreticky mohlo byť obrovských ako R136a1.
Je však ťažké zistiť, ako presne sa to deje. „Povedal by som, že detaily sú len útržkovité,“ vraví Crowther. Tieto oblasti vzniku obrovských hviezd sú zahalené hustými mračnami medzihviezdneho prachu, takže aj tie najsilnejšie teleskopy len s ťažkosťami dokážu zaznamenať, čo sa tam deje.
Gigantické hviezdy môžu taktiež vznikať vtedy, keď sa hviezdy vzájomne obiehajú a zlučujú. Väčšina ťažkých hviezd sa beztak vyskytuje v páre, takže ak by mala každá z dvojice hviezd hmotnosť niekoľkých tuctov Sĺnk, poľahky by sa mohli spojiť do jedinej kolosálnej hviezdy.
Zatiaľ ostáva záhadou, akým spôsobom narástli hviezdy ako R136a1, no úplne prvé hviezdy vo vesmíre sú ešte záhadnejšie. Tie boli skutočne extrémne obrovské.
Hviezdokopa R136
Už 200 miliónov rokov po Veľkom tresku existovalo svetlo. Vtedy sa mračná plynného vodíka a hélia zrútili do prvých hviezd vo vesmíre.
Na rozdiel od moderných hviezd boli všetky oveľa masívnejšie. Väčšina vážila desiatky hmotností Slnka a niektoré dosahovali až sto či dvesto hmotností Slnka. Tieto prvotné hviezdy sa dokázali „vyduť“, pretože sa nachádzali v odlišnom kozmickom prostredí: nejestvovali ťažké chemické prvky.
Ťažké prvky sú dôležité, pretože umožňujú ochladzovanie plynných mračien. V horúcom plyne sa atómy „roztancujú“ a vzájomne sa zrážajú. Ťažké prvky dokážu premeniť energiu týchto zrážok na svetlo, ktoré hviezda vzápätí vyžiari – čiže uniká teplo.
Nie vždy však jestvovali ťažké prvky. Vznikli počas jadrových fúzií v srdciach hviezd a počas výbuchov masívnych hviezd. Vznik súčasných prvkov umožnili celé generácie hviezd. Keď sa objavili prvé hviezdy, obsahovali len vodík, hélium a drobné stopy lítia.
Bez ťažkých prvkov sa plynné mračná nemohli ochladiť a preto bola ich premena na hviezdy náročnejšia. Pre dosiahnutie rovnováhy muselo každé mračno narásť ešte viac, aby dosiahlo dostatok gravitácie, ktorá následne spustila proces vzniku hviezdy – v dôsledku toho vznikali hviezdy omnoho masívnejšie než dnes.
Celé desaťročia si však nik nebol istý, o koľko masívnejšie. V posledných rokoch však astronómovia dospeli k mätúcim zisteniam, že hviezdy mohli byť výrazne väčšie.
Umelecké zobrazenie kvazaru
Objavili kvazary, ktoré existovali miliardu rokov po Veľkom tresku.
Kvazary sú ohromne žiarivé objekty poháňané čiernou dierou, ktorá je milióny až miliardy ráz masívnejšia než Slnko. Čierna diera sa kŕmi víriacim kotúčom prachu a plynu a chrlí ohromnú energiu.
Je záhada, ako sa tam tieto supermasívne čierne diery dostali.
Čierne diery vznikajú, keď hviezdam dôjde palivo a zrútia sa. Aby sa čierna diera stala supermasívnou, musí zhltnúť obrovské množstvo hmoty vo forme plynu a prachu alebo sa spojiť s inou čiernou dierou.
Problém je, že takéto kvazary existovali tak skoro v histórii vesmíru, že supermasívne čierne diery museli svoju hmotnosť získať v extrémne krátkom čase. Podľa teórie a počítačových simulácií by ani hviezdy vážiace toľko čo zopár stoviek Sĺnk nedokázali narásť tak rýchlo, aby sa stali supermasívnymi.
Existuje riešenie tohto paradoxu, zahŕňa však skutočne gigantické hviezdy, ktoré by vážili niekoľko 100 000 hmotností Slnka. Takéto hviezdy by aj z R136a1 urobili trpaslíka.
Obrovské modré hviezdy sa spájajú a tvoria tak ešte väčšie hviezdy
Počítačové simulácie ukazujú, že mračno s hmotnosťou milióna Sĺnk by sa zrútilo do hviezdy vážiacej 100 000 hmotností Slnka. Museli by však nastať tie správne podmienky: žiadne ťažké prvky a veľa ultrafialového žiarenia, ktoré by ďalej bránilo plynným mračnám chladnúť.
Takáto obrovská hviezda by bola nestabilná a okamžite by sa zrútila do čiernej diery. Táto čierna diera by mohla naďalej naberať hmotnosť, keďže by pohlcovala prach a plyn alebo sa zlučovala s inými čiernymi dierami, až kým by nebola dostatočne masívna na to, aby mohla poháňať kvazar.
Teda, také sú predpoklady. „Naše počítače sú v tvorbe týchto objektov veľmi trpezlivé,“ vraví Alexander Heger z univerzity v austrálskom Monashi. „Avšak o tom, či reálne existujú, nemáme žiadne priame dôkazy. Stále ostávajú v rovine teórie.“
Ak by sme mohli pozorovať zrážky čiernych dier, mohli by sme dôkazy získať.
Keď sa zrazia dve čierne diery, spôsobia zvlnenie časopriestoru – gravitačné vlny. Plánovaný európsky projekt Laser Interferometer Space Antenna (eLISA) by mal byť schopný zachytiť ich, no bude vypustený až po roku 2028. Meraním gravitačných vĺn by astronómovia dokázali odhadnúť hmotnosti zrážajúcich sa čiernych dier a určiť, či sú supermasívne.
Astronómovia taktiež čakajú na novú generáciu teleskopov: Vesmírny ďalekohľad Jamesa Webba, Tridsaťmetrový teleskop, Extrémne veľký ďalekohľad a Veľký Magellanov ďalekohľad. Tieto teleskopy azda dokážu objaviť prvé čierne diery, ktoré sa zrodili zo supermasívnych hviezd. Možno by mohli zachytiť aj hviezdu v okamihu zrútenia do čiernej hviezdy.
Hviezdokopa R136
Takéto objavy by boli priekopnícke. Keby astronómovia porozumeli, aké masívne boli prvotné hviezdy, dokázali by zistiť, aké boli prvé galaxie.
„Táto otázka povahy prvotných hviezd a ich hmotnosti vypovedá o veľmi zvláštnom okamihu kozmických dejín,“ vraví Bromm. „Pred nimi bol vesmír len obyčajným nudným miestom. V prvom rade: nejestvovali v ňom žiadne zdroje svetla.“
Mihotajúce sa hviezdy síce zďaleka nie sú malé, ale v niečom má istá detská riekanka pravdu: stále len hádame, čo presne sú.
Komentáre