Vznik hviezdy

Hviezdy vznikajú z chladných a riedkych prachových a plynových mračien. Mračnom nemyslíme čosi ako pozemské oblaky, v skutočnosti sú tieto mračná nesmierne riedke a predstavujú lepšie vákuum, aké sme schopní na Zemi vytvoriť, ich hustota býva iba niekoľko atómov na centimeter kubický. Tieto mračná sa nazývajú tiež hviezdotvorné hmloviny. Ide prevažne o emisné hmloviny. Príkladom takých hmlovín, v ktorých vznikajú hviezdy, je Veľká hmlovina v Orióne, alebo Orlia hmlovina.

Jednotlivé molekuly tohto mračna na seba pôsobia gravitačnou silou, čo má za následok, že sa priťahujú a pomaly hýbu. Kvôli veľmi malej hmotnosti jednotlivých častíc a obrovským vzdialenostiam medzi nimi je to veľmi dlhodobý dej, ktorý však môže byť vonkajšími vplyvmi urýchlený. Napríklad sa môže stať, že popri takomto oblaku medzihviezdnej hmoty prejde nejaká hviezda a svojou gravitáciou spôsobí pohyb molekúl v mračne. Alebo v jeho blízkosti vybuchne supernova a tlaková vlna opäť mračno premieša. V oboch prípadoch sa dajú častice do pohybu a v miestach, kde sú zhluky najväčšie, utvoria sa jednotlivé gravitačné centrá, ktoré priťahujú ďalší materiál. Tieto gravitačné centrá sa nazývajú globuly. Ide o chladné a v porovnaní s okolitým priestorom husté tmavé prachoplynové hmloviny približne guľatého tvaru. Typickým príkladom globuly sú napríklad Thackerayove globuly v hmlovine IC 2944.

Hmota okolo každého z týchto zhlukov do nich postupne padá, pričom jednotlivými zrážkami a premiešavaním molekúl vzrastá aj teplota látky. Tá rastie spolu s veľkosťou zhlukov, až sa za z astronomického hľadiska krátky čas z každého takéhoto chuchvalca hmoty vytvorí guľa zhruba o veľkosti slnečnej sústavy, ktorú nazývame protohviezda.

Po dosiahnutí takejto veľkosti sa začne jadro protohviezdy ohrievať, postupne ohrieva aj okolitú látku a premiešava ju. Ohriata látka zo stredu stúpa k okrajom, tu sa ochladí a klesá k jadru, kde sa znova ohreje, pričom tento dej sa veľakrát opakuje. Hviezda sa nachádza v tzv. Hyashiho štádiu, pri ktorom sa teplota na povrchu mení len málo.Takáto guľa ešte nežiari vo viditeľnom svetle. Je na to príliš chladná, niečo cez dvetisíc stupňov na povrchu. Je to ale dosť na to, aby mohla žiariť v infračervenom obore. Toto štádium predstavuje zárodok budúcej hviezdy.

Teplota protohviezdy sa postupne zvyšuje. Každé pôvodné kondenzačné centrum nabaľuje na seba ďalší okolitý materiál, ktorého je však v hmlovine stále menej, pretože jednak sa míňa, ako ho na seba priťahujú budúce hviezdy a jednak je odfukovaný hviezdnym vetrom, ktorý z novovznikajúcich hviezd začína prúdiť. Medzihviezdny materiál sa teda časom nabalí alebo odfúkne a budúca hviezda stratí možnosť zväčšovať svoju hmotnosť, v gravitačnej kontrakcii a s tým spojeným zahrievaním jadra však ďalej pokračuje. Pozorovania naznačujú, že aj najväčšie protohviezdy nemajú viac ako zhruba 60-násobok hmotnosti Slnka. Pri asi 50% až 70% mladých hviezd sú nepriame dôkazy o existencii protoplanetárneho disku. Je to disk zvyškového materiálu, z ktorého sa môžu (ale nemusia) utvoriť planéty. Životnosť protoplanetárneho disku je ohrozená, ak je v okolí viacero mladých hviezd. Tie môžu svojim hviezdnym vetrom spôsobiť eróziu a postupný zánik disku.

Doteraz bola zdrojom energie iba gravitačná kontrakcia. V určitom štádiu, keď zvyšujúca sa teplota v jadre dosiahne niekoľko miliónov stupňov, vystúpi na scénu ďalší zdroj: termojadrová reakcia. To znamená, že teplota a tlak v jadre sú dostatočne silné na to, aby došlo k jadrovej premene prvkov. Tento okamih sa považuje za okamih vzniku hviezdy. Gravitačná kontrakcia protohviezdy sa zastaví, pretože energia vznikajúca termonukleárnymi reakciami vyrovná gravitačný tlak a zabezpečí na dlhé obdobie rovnovážny stav hviezdy, ktorá sa „usadí“ na hlavnej postupnosti H-R diagramu. To sa však podarí len protohviezdam s hmotnosťou väčšou ako 0,085 hmotnosti Slnka. Menej hmotné protohviezdy nie sú schopné kontrakciou zahriať svoje centrálne časti na takú teplotu, aby v nich mohlo dôjsť k jadrovej fúzii a stanú sa z nich tzv. hnedí trpaslíci žiariaci prevažne v infračervenom obore, kým nevyčerpajú svoje obmedzené zdroje.

Najprv dochádza k premene ľahších prvkov, ako deutérium, lítium, berýlium či bór. Pri dosiahnutí teploty okolo 10 miliónov stupňov dôjde k jadrovej reakcii, v ktorej sa uplatňuje protón-protónová reakcia (PP cyklus). Dochádza k vytváraniu jadier hélia z jadier vodíka. Vytvorením nového prvku sa uvoľňuje energia potrebná pre život hviezdy. Proti tlaku energie vyžarovanej hviezdou pôsobí v opačnom smere jej gravitačná sila, hovoríme, že hviezda je v hydrostatickej rovnováhe.

Takýmto spôsobom sa spaľuje vodík a popolom tejto reakcie je hélium. Celý proces začína v jadre. Časom sa však všetok vodík v jadre minie. Vtedy sa centrálna časť hviezdy trochu stlačí a načnú aj vyššie vrstvy. Začína sa spotrebúvať vodík z okolitého plášťa a celý proces sa postupne posúva smerom k povrchu. Po celý ten čas klesá ťažšie hélium smerom k jadru, kde sa hromadí. Pretože héliové hviezdne jadro je ťažšie ako vodíkové, vlastnou váhou sa stláča, čím sa zvyšuje jeho teplota. Po dostatočnom zvýšení teploty sa začne ďalšia jadrová reakcia, pričom sa začnú vytvárať ďalšie prvky. Takýmto spôsobom postupne dochádza k fúziám stále ťažších prvkov, napr. uhlíka, dusíka, kyslíka, aj inertných plynov ako napríklad neónu.

Celý životný cyklus hviezdy závisí od jej hmotnosti. Hmotná hviezda môže postupne zahriať svoje jadro na potrebnú teplotu, aby táto reťaz za sebou idúcich jadrových reakcií pokračovala vznikom stále ťažších prvkov. Z energetického hľadiska je najvýdatnejším palivom vodík. Ako hviezda postupne tvorí ťažšie prvky, klesá aj energia uvoľnená ich vytváraním. Preto sa palivo spaľuje čoraz rýchlejšie, až sa postupne začínajú pretvárať jednotlivé prvky každý mesiac, každý deň, každú hodinu a hviezda sa začína podobať cibuli, kde jednotlivé vrstvy predstavujú chemické prvky tak, ako boli postupne vytvorené. To, koľkokrát sa začne spaľovať popol z predchádzajúcich reakcií, závisí od hmotnosti hviezdy. Málo hmotné hviezdy môžu skončiť iba pri spaľovaní vodíka na hélium a už nebudú dostatočne hmotné, aby stlačili svoje jadro tak, že v ňom začnú spaľovať hélium. Veľmi hmotní veľobri môžu dosiahnuť až záverečnú reakciu, pri ktorej vzniká železo. Ťažšie atómy už jadrovou fúziou nevznikajú.