सूर्याची उत्क्रांती

Fact Checked

Original source: https://faculty.wcas.northwestern.edu/infocom/The%20Website/evolution.html

हर्टझस्प्रंग-रसेल आकृती (उर्फ मुख्य अनुक्रम) बहुतेक तारे अगदी साध्या गोष्टी आहेत. ते विविध आकार आणि तापमानात येतात, परंतु बहुसंख्य फक्त दोन पॅरामीटर्सद्वारे दर्शविले जाऊ शकतात: त्यांचे वस्तुमान आणि त्यांचे वय. (रासायनिक रचनेचा देखील काही परिणाम होतो, परंतु आपण येथे ज्याची चर्चा करणार आहोत त्याचे एकूण चित्र बदलण्यासाठी पुरेसे नाही. सर्व तारे जन्माला येतात तेव्हा सुमारे तीन-चतुर्थांश हायड्रोजन आणि एक-चतुर्थांश हेलियम असतात.)

वस्तुमानावर अवलंबित्व येते कारण ताऱ्याच्या वस्तुमानाचे पूर्ण वजन त्याचा मध्यवर्ती दाब ठरवते, ज्यामुळे त्याचा अणु जळण्याचा दर (उच्च दाब = अधिक टक्कर = अधिक ऊर्जा) निर्धारित होते आणि परिणामी संलयन ऊर्जा ही ताऱ्याचे तापमान वाढवते. . सर्वसाधारणपणे, तारा जितका मोठा असेल तितका तो उजळ आणि उष्ण असावा. असेही आहे की ताऱ्यातील कोणत्याही खोलीतील वायूचा दाब (जे त्या खोलीतील तापमानावरही अवलंबून असते) त्याच्या वरील वायूचे वजन संतुलित केले पाहिजे. आणि शेवटी, अर्थातच, गाभ्यामध्ये निर्माण होणारी एकूण उर्जा ही पृष्ठभागावर उत्सर्जित होणाऱ्या एकूण ऊर्जेइतकीच असली पाहिजे.

ही शेवटची वस्तुस्थिती आणखी एक अडथळा निर्माण करते, कारण व्हॅक्यूममध्ये निलंबित केलेल्या गोलाचे उर्जा विकिरण स्टीफन-बोल्ट्झमन समीकरण म्हणून ओळखल्या जाणार्‍या कायद्याचे पालन करते: L = C R² T⁴ (उष्ण गोलाची एकूण चमक)

येथे L ही तार्‍याची चमक आहे, C हा स्थिरांक 1 आहे, R ही मीटरमधील तार्‍याची त्रिज्या आहे आणि T म्हणजे K° मध्ये तार्‍याचे पृष्ठभागाचे तापमान आहे. तार्‍याद्वारे उत्सर्जित होणारी ऊर्जा टी सह किती वेगाने वाढते ते लक्षात घ्या: तापमान दुप्पट केल्याने त्याचे ऊर्जा उत्पादन 16 पट वाढते.

या सर्व बंधनांची पूर्तता करणारा तारा हायड्रोस्टॅटिक समतोल स्थितीत असल्याचे म्हटले जाते. हायड्रोस्टॅटिक समतोल चा भाग्यवान प्रभाव आहे की ते तारे स्थिर बनवतात. तार्‍याचा गाभा संकुचित केला गेला असेल तर, संक्षेपणामुळे अणुप्रज्वलन वाढते, ज्यामुळे जास्त उष्णता निर्माण होते, ज्यामुळे दाब वाढतो आणि तारा विस्तारतो. तो समतोल परत जातो. त्याचप्रमाणे, तार्‍याचा गाभा विघटित केला पाहिजे, तर अणुप्रज्वलन कमी होते, ज्यामुळे तारा थंड होतो आणि दाब कमी होतो आणि अशा प्रकारे तारा आकुंचन पावतो आणि पुन्हा समतोल स्थितीत परत येतो. मानवी इतिहासात सूर्याच्या ऊर्जा उत्पादनात कदाचित ०.१% ते ०.२% पेक्षा जास्त चढ-उतार झालेला नाही – नियामक समिती नसलेल्या, अभियंते नसलेल्या आणि जवळपास पाच अब्ज वर्षांत सुरक्षा तपासणी न झालेल्या अणुभट्टीसाठी वाईट नाही. .

तापमान, दाब, वस्तुमान आणि अणुप्रज्वलनाचा दर यांचा घट्ट परस्परसंबंध म्हणजे दिलेल्या वस्तुमानाचा आणि वयाचा तारा केवळ मूल्यांच्या एका संचामध्ये हायड्रोस्टॅटिक समतोल साधू शकतो. म्हणजेच, आपल्या आकाशगंगेतील प्रत्येक तारा सूर्याप्रमाणेच वस्तुमान आणि वयाचाही व्यास, तापमान आणि ऊर्जा आउटपुट समान आहे. प्रत्येक गोष्टीचा समतोल साधण्यासाठी दुसरा कोणताही मार्ग नाही. हर्टझस्प्रंग-रसेल डायग्राम (थोडक्यात H-R आकृती) म्हणून ओळखला जाणारा एक अतिशय हार्ड-कोर खगोलभौतिकी आलेख तयार केल्यास, ताऱ्याचे वस्तुमान आणि त्याच्या इतर गुणधर्मांमधील संबंध अधिक स्पष्ट होतो. एक H-R आकृती आकृती 1 मध्ये दर्शविली आहे.

H-R आकृती ताऱ्यांचा एक संच घेते आणि त्यांच्या पृष्ठभागाच्या तपमानाच्या विरूद्ध त्यांची चमक (सूर्याशी संबंधित) दर्शवते. लक्षात घ्या की आकृती 1 मधील H-R आकृतीवरील तापमान स्केल मागे, उजवीकडून डावीकडे चालते आणि प्रकाश अक्ष अत्यंत संकुचित आहे. (ऐतिहासिकदृष्ट्या, प्रथम एचआर आकृती अशा प्रकारे तयार केली गेली होती, म्हणून आता ते सर्व आहेत.) ताऱ्यांच्या मोठ्या नमुन्यासाठी केले जाते तेव्हा, आम्हाला आढळते की बहुतेक तारे एकाच, उल्लेखनीयपणे अरुंद पट्ट्यासह पडतात. तळाशी-उजवीकडे वर-डावीकडे: म्हणजे, मंद आणि लाल ते चमकदार आणि पांढरे-गरम. खगोलशास्त्रज्ञ या बँडला मुख्य अनुक्रम म्हणतात, आणि म्हणून बँडच्या बाजूने असलेल्या कोणत्याही ताऱ्याला मुख्य-क्रम तारा म्हणतात.2

मुख्य क्रम तंतोतंत अस्तित्वात आहे कारण हायड्रोस्टॅटिक समतोलाच्या लवचिक स्वभावामुळे. खूप कमी वस्तुमान असलेले तारे (सूर्यापेक्षा 7.5% इतके कमी) H-R आकृतीच्या खालच्या उजव्या बाजूला असतात. ते खालच्या उजव्या बाजूला पडले पाहिजेत. H-R आकृतीचा हा भाग अत्यंत कमी प्रकाशमानतेशी संबंधित आहे – सूर्याच्या दहा हजारव्या भागाइतका – आणि कमी पृष्ठभागाचे तापमान, वितळलेल्या धातूच्या मंद नारिंगी-पिवळ्या चमकांच्या समतुल्य आहे. या तार्‍यांमध्ये त्यांच्या कोरमधील अणुप्रज्वलन अधिक वेगाने जाण्यासाठी आवश्यक दबाव निर्माण करण्यासाठी पुरेसे वस्तुमान नाही. उच्च-वस्तुमानाचे तारे (40 सौर वस्तुमानाच्या वर) वरच्या डाव्या बाजूला राहतात, जसे ते आवश्यक आहेत. कमी वस्तुमान असलेल्या तार्‍यांच्या विरूद्ध, त्यांचे प्रचंड वस्तुमान आणि उच्च मध्यवर्ती दाब सूर्यापेक्षा 160,000 पट अधिक प्रकाशमय असू शकतात अशा राक्षसांना जन्म देतात आणि इतके गरम असतात की ते दृश्यमान प्रकाशापेक्षा अल्ट्राव्हायोलेटमध्ये जास्त ऊर्जा देतात. सूर्य या टोकांच्या मध्यभागी जवळजवळ अर्धा आहे आणि त्यामुळे तारे जाताना ते अत्यंत मंद किंवा अत्यंत तेजस्वी नाही. सह चमकते चमकदार पिवळसर-पांढरा रंग.

वस्तुमान आणि हायड्रोस्टॅटिक समतोल यांच्यातील वन-टू-वन स्वभावाचा अर्थ असा आहे की आपण तार्‍याचे वस्तुमान बदलत असताना, त्याच्या इतर सर्व भौतिक गुणधर्मांच्या संदर्भात आपण एकच, पूर्वनिर्धारित ट्रॅकवर सरकणे एवढेच करू शकता. हा ट्रॅक नेमका मुख्य क्रम आहे. पण आता मी असे म्हटले आहे की, H-R आकृतीवर दुसऱ्यांदा पाहिल्यास असे दिसून येते की मुख्य क्रमाच्या बाहेर ताऱ्यांचे तुकडे झाले आहेत: ते वरच्या उजव्या आणि खालच्या डावीकडे “बेटांमध्ये” केंद्रित आहेत. वरच्या उजव्या बाजूला असलेले तारे अतिशय तेजस्वी असूनही थंड, लालसर पृष्ठभाग असल्याने खगोलशास्त्रज्ञ त्यांना लाल राक्षस म्हणतात. त्याचप्रमाणे, खालच्या डावीकडील तारे अतिशय मंद असूनही पांढरे-उष्ण असल्याने त्यांना पांढरे बौने म्हणतात. आम्ही सैद्धांतिक मार्गाने पांढरे बौने आधीच भेटलो आहोत. आता खऱ्या कोठून येतात ते पाहूया.

लाल दिग्गज आणि पांढरे बौने

लाल राक्षस आणि पांढरे बौने येतात कारण तारे, लोकांसारखे, वयानुसार बदलतात आणि शेवटी मरतात. लोकांसाठी, वृद्धत्वाचे कारण म्हणजे जैविक कार्ये बिघडणे. तार्‍यासाठी, कारण अणुइंधन संपुष्टात येण्यास सुरुवात झाल्याने अपरिहार्य ऊर्जा संकट आहे.

4.5 अब्ज वर्षांपूर्वी त्याच्या जन्मापासून, सूर्याची प्रकाशमानता अगदी हळूवारपणे सुमारे 30% ने वाढली आहे. 3 ही एक अपरिहार्य उत्क्रांती आहे जी उद्भवते कारण, अब्जावधी वर्षे उलटत असताना, सूर्य त्याच्या गाभ्यामध्ये हायड्रोजन जाळत आहे. मागे राहिलेली हीलियम “राख” हायड्रोजनपेक्षा घन असते, त्यामुळे सूर्याच्या गाभ्यामध्ये हायड्रोजन/हेलियमचे मिश्रण अतिशय हळूहळू घनतेचे होत आहे, त्यामुळे दाब वाढतो. यामुळे आण्विक प्रतिक्रिया थोड्या जास्त गरम होतात. सूर्य उजळतो.

ताऱ्याच्या मध्यभागी जाळण्यासाठी पुरेसा हायड्रोजन शिल्लक असताना ही उजळण्याची प्रक्रिया सुरुवातीला अतिशय हळूवारपणे पुढे सरकते. पण अखेरीस, गाभा इतका तीव्रपणे इंधनाचा क्षीण होतो की वाढत्या घनतेकडे दुर्लक्ष करून त्याचे ऊर्जा उत्पादन कमी होऊ लागते. जेव्हा हे घडते, तेव्हा कोरची घनता आणखी वाढू लागते, कारण गुरुत्वाकर्षणाचा प्रतिकार करण्यासाठी उष्णतेच्या स्त्रोताशिवाय, गाभ्याचे वजन धरून ठेवण्याइतपत अंतर्गत दाब आकुंचन पावणे हा एकमेव संभाव्य मार्ग आहे. संपूर्ण तारा. विचित्रपणे, केंद्रीय इंधन टाकी रिकामी केल्याने तारा उजळ होतो, मंद होत नाही, कारण गाभ्याच्या पृष्ठभागावरील तीव्र दाबामुळे तेथील हायड्रोजन आणखी जलद जळतो. हे इंधन संपलेल्या केंद्रातील सुस्ततेपेक्षा जास्त आहे. तार्‍याचे चमकणे केवळ चालूच नाही तर ते गतिमान होते.

सूर्य मध्यभागी असलेल्या कर्नलमध्ये हायड्रोजन बर्न केलेल्या मोडमधून हलवण्याच्या खूप लांब प्रक्रियेतून अर्ध्या मार्गावर आहे जिथे हायड्रोजन एका गोलाकार शेलमध्ये जाळला जाईल ज्यामध्ये तीव्र गरम, अतिशय दाट, परंतु खूप जास्त आहे. अक्रिय, हेलियम कोर. एकदा ते कोर बर्निंगपासून शेल बर्निंगमध्ये संक्रमण केल्यानंतर, ते त्याच्या संधिप्रकाश वर्षांमध्ये प्रवेश करेल. हीलियम कोर जसजसा वाढत जातो, तसतसा त्याच्या वरचा हायड्रोजन-बर्निंग शेल देखील वाढतो, अशा प्रकारे कोरमध्ये हेलियमचे प्रमाण वाढत असताना देखील सूर्य अधिक उजळ होतो. वाढणारा गाभा सूर्याचा हायड्रोजन अधिक वेगाने जाळतो, ज्यामुळे गाभा अधिक वेगाने वाढतो.

थोडक्यात, सरतेशेवटी, प्रत्येक ताऱ्याच्या केंद्रस्थानी असलेली आण्विक भट्टी जास्त तापू लागते. यावर आकडे टाकायचे तर 4.5 अब्ज वर्षांपूर्वी सूर्याची निर्मिती झाली तेव्हा तो सध्याच्या तुलनेत 30% मंद होता. पुढील ४.८ अब्ज वर्षांच्या शेवटी, सूर्य आताच्या तुलनेत ६७% अधिक उजळ असेल. त्यानंतरच्या 1.6 अब्ज वर्षांमध्ये, सूर्याची चमक प्राणघातक 2.2 L_o. पर्यंत वाढेल. (L_o = सध्याचा सूर्य.) तोपर्यंत पृथ्वी उघड्या खडकात भाजली गेली असेल, तिचे महासागर आणि तिचे सर्व जीवन एका उगवत्या सूर्याने उकळले असेल जे सध्याच्या तुलनेत 60% जास्त असेल. 4 पृथ्वीवरील पृष्ठभागाचे तापमान 600 F° पेक्षा जास्त असणे. परंतु सूर्याची ही आवृत्ती देखील भविष्याच्या तुलनेत स्थिर आणि सोनेरी आहे.

7.1 अब्ज इसवी सनाच्या आसपास, सूर्य इतक्या वेगाने विकसित होण्यास सुरुवात करेल की तो मुख्य-क्रमाचा तारा राहणार नाही. H-R आकृतीवरील तिची स्थिती आता जिथे आहे तिथून, केंद्राजवळ, वरच्या उजवीकडे जिथे लाल दिग्गज राहतात तिथे हलवायला सुरुवात होईल. याचे कारण असे की सूर्याचा हेलियम कोर अखेरीस अशा गंभीर टप्प्यावर पोहोचेल जिथे सामान्य वायूंचा दाब त्यावर साचलेले चुरगळणारे वजन धरू शकत नाही (अगदी लाखो अंशांपर्यंत गरम केलेले वायू देखील नाही). सूर्याच्या मध्यभागी इलेक्ट्रॉन-डिजनरेट पदार्थाचे एक लहान बीज वाढू लागेल. या संक्रमणाचे तपशील वादाच्या अधीन आहेत, परंतु सैद्धांतिक गणिते सूचित करतात की जेव्हा सूर्याचा निष्क्रिय हीलियम कोर सौर वस्तुमानाच्या सुमारे 13% किंवा सुमारे 140 गुरूपर्यंत पोहोचेल तेव्हा ते सुरू होईल.

आयुष्याच्या या टप्प्यावर, सूर्य अनियंत्रित होईल. मागील अकरा अब्ज वर्षांपासून हळूहळू उजळ बनवणारी यंत्रणा – अधिक कोर दाब, अधिक गरम अणुप्रज्वलन, गाभा वाढवण्यासाठी अधिक हेलियम देणारी – आता सतत वाढणाऱ्या इलेक्ट्रॉन-अधोगतीमुळे विनाशकारी पातळीपर्यंत प्रवेगक होत आहे. 500 दशलक्ष वर्षांनी ते गंभीर बिंदूवर आदळल्यानंतर, सूर्याची प्रकाशमानता 34 Lo वर फुगा करेल, पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर वितळलेल्या अॅल्युमिनियम आणि तांब्याची चमकणारी तलाव तयार करण्यासाठी पुरेसा अग्निमय असेल. आणखी फक्त ४५ दशलक्ष वर्षांमध्ये ते १०५ Lo वर पोहोचेल आणि त्यानंतर ४० दशलक्ष वर्षांनी ते अविश्वसनीय २,३०० Lo वर झेप घेईल.

या वेळेपर्यंत सूर्याच्या प्रचंड उर्जा उत्पादनामुळे त्याचे बाह्य स्तर कमीतकमी बुधाच्या कक्षेच्या आकारमानाच्या आणि शक्यतो शुक्राच्या कक्षेइतके विशाल परंतु अत्यंत क्षीण वातावरणात फुगले असतील. (हळुवारपणे उकळणाऱ्या भांड्यात पाण्याच्या तुलनेत वेगाने उकळणाऱ्या पाण्याच्या भांड्यात पाणी किती हिंसकपणे वागते याचा विचार करा. हे सूर्याचे वातावरण बाहेरून “उकळते” का त्याचा गाभा अधिक गरम होत आहे याच्याशी साधर्म्य आहे.) 5 प्रचंड आकारमान सौर वातावरण आणि सूर्याचे प्रचंड उष्णतेचे उत्पादन याचा अर्थ असा होतो की: #1) पृथ्वी या बिंदूपर्यंत जाळून टाकलेल्या लोखंडी गाभ्याशिवाय इतर काहीही नाही, जर संपूर्णपणे वाष्पीकरण केले नाही तर – गणना दर्शवते की ते कोणत्याही प्रकारे जाऊ शकते – आणि # २) सूर्याचे प्रचंड ऊर्जा उत्पादन असूनही सौर वातावरण तुलनेने थंड असेल. अशा प्रकारे, सूर्य लाल रंगाचा आणि विलक्षण तेजस्वी दोन्ही असेल. तो रेड जायंट्समध्ये सामील झाला असेल. (चित्र 2 पहा.)

H-R आकृतीच्या लाल महाकाय भागातील ताऱ्यांची संख्या ही मुख्य क्रमावरील तार्‍यांची संख्या केवळ एक टक्के आहे, कारण कोणताही तारा जास्त काळ राक्षस राहू शकत नाही. जेव्हा सूर्य लाल राक्षसाच्या रूपात त्याच्या जास्तीत जास्त प्रकाशापर्यंत पोहोचतो, तेव्हा तो मुख्य अनुक्रमावर त्याच्या संपूर्ण अकरा-अब्ज-वर्षांच्या जीवनकाळात जेवढे केले होते त्यापेक्षा दर सहा दशलक्ष वर्षांनी अधिक अणुइंधन जाळत असेल. हे शाश्वत नाही. शिवाय, किमान तितकेच महत्त्वाचे म्हणजे, लाल महाकाय तारे कधीही सूर्याप्रमाणेच स्थिर नसतात. जोपर्यंत त्यांना काहीतरी थांबवत नाही तोपर्यंत ते नेहमीच वाढतात आणि त्यांचे इंधन अधिक वेगाने जळत असतात. लाल राक्षसासाठी दीर्घकालीन समतोल नाही.