En stjärna av solens storlek från födelse till död

På grund av yttre påverkan av t.ex. en chockvåg från en supernovaexplosion eller vindar från heta stjärnor börjar ett moln av damm och stoft i rymden dra sig samman. Om molnets massa är mindre än Jeansmassan kan det inte kontraheras och ingen stjärna kan bildas.Ett moln är aldrig helt sfäriskt och därför finns det alltid en riktning i vilken stoftet drar sig. Densiteten i molnet varierar med radien men är störst i mitten och avtar utåt. Det kan ta 500 000 år att bygga upp en solmassa om temperaturen = 10 K, en vanlig temperatur för ett moln av molekyler ute i rymden.
Rotationen gör att klumpen plattas av. Det bildas en ansamlingsskiva av stoft och gas. Dess massa är låg, 1 solmassa räcker till en skiva på 400 AU. När massan i den centrala delen har nått cirka 0,01 solmassor har densiteten stigit så mycket att molnet är ogenomskinligt även för IR-strålning. Nu börjar temperaturen i molnets centrum stiga. Ett sådant objekt kan ses som ett IR-objekt, och vi kallar det för protostjärna.
Så småningom stiger temperaturen så pass mycket att tillfälliga termonukleära reaktioner har möjlighet att sätta igång. Protostjärnan är nu en "pre-main-sequence-stjärna". Den rör sig ännu inte ned till huvudserien i HR-diagrammet. Men det händer ibland att en kraftig vind börjar blåsa i riktning utåt från stjärnan. Stjärnvinden blåser så att det bildas en öppning i molnhöljet kring stjärnan, där det är som tunnast, och den nyfödda stjärnan tittar ut.

Stjärnornas massor varierar från 0,1 solmassor eller mindre till 50 solmassor. Här ska bara redogöras för stjärnor av ungefär solens storlek, dvs omkring 1 solmassa.
HR-DIAGRAMMET är ett tvådiminsionellt diagram, där luminositeten är utsatt efter den lodräta linjen och temperaturen på den vågräta linjen. Längst åt vänster har vi den högsta kända temperaturen och längst till höger den lägsta temperatur en stjärna kan ha. Det är yttemperaturen man sätter ut i diagrammet. När det gäller luminositet betyder det allt ljus en stjärna strålar ut och man använder solens luminositet som enhet. För att diagrammet inte ska bli alltför stort på höjden är graderingen 1, 10, 10², 10³. Det finns nämligen stjärnor med en miljon gånger så stor luminositet som solen. (Avståndet mellan 1 och 10 är därför lika stort som avstånden mellan 10 och 100, 100 och 1000 solluminositeter. Den lodräta axeln är dessutom på insidan graderad i logaritmer av solluminositeten. Luminositeten strålas ut från stjärnans hela yta och får inte förväxlas med en stjärnas magnitud, dvs ljusstyrka. Längst ned har vi nollårslinjen, den linje där den allra lägsta luminositeten finns för ett objekt som kan kallas för stjärna.
När en stjärna föds börjar fusionen i dess inre. Det betyder att yttemperaturen stiger och stjärnan vandrar in på HR-diagrammet. Dess liv börjar på nollårslinjen, som man även kallar för "Zero age main sequence" (ZAMS). En stjärnas storlek, yttemperatur och luminositet beror på dess massa och vilken sammansättning av grundämnen den har. De flesta nyfödda stjärnor består till större delen av väte och helium. Tyngre grundämnen kallas inom astronomin för "metaller". En stjärna av solens storlek har dessutom en livstid på ca 10-12 miljarder år. En jättestjärna förbrukar sitt bränsle fortare och har kortare livstid. Ju mindre en stjärna är, desto längre tid lever den. Men den får inte vara för liten. Då når dess inre aldrig upp i den temperatur som behövs för att fusionen ska starta och den ska bli en riktig stjärna och inte en brun dvärg. Nedre gränsen ligger vid 0,08 solmassor.
En stjärna av solens storlek börjar sin vandring några centimeter från nedre högra hörnet på HR-diagrammet.
Stjärnornas ålder är något vi kan se i HR-diagrammet, eftersom huvudsekvensen är en stabil zon med vätefusion, som hindrar gravitationens tryck mot stjärnans centrum. Stjärnor reglerar sig själva på ett märkligt sätt. När bränslet börjar ta slut, krymper kärnan något. Följden blir att temperaturen stiger, och fusionen av resten av bränslet i kärnans yttre kan gå något fortare. Som följd kommer stjärnan att ligga kvar i huvudserien under större delen av sin livstid. Huvudsekvensen är den första vilopausen av flera pauser och övergångar längs vägen genom HR-diagrammet under en stjärnas liv.
Allteftersom fusionen fortsätter får stjärnan mer helium medan mängden väte avtar. Antalet atomkärnor minskar, eftersom fyra vätekärnor genom fusionen blir en heliumkärna. Trycket i centrum sjunker och kärnan pressas ihop. Gravitationell energi frigörs, vilket gör att stjärnans inre blir hetare. Detta innebär högre luminositet, varvid de yttre lagren utvidgas, temperaturen stiger. Radien ökar, vilket betyder att stjärnan sväller. Som en följd av detta ökar luminositeten, eftersom denna är allt det ljus som strålas ut från stjärnans yta.
Som en följd av upphettningen och ökad luminositet förflyttas stjärnan på HR-diagrammet. Den flyttas mot vänster eftersom den blir hetare, men den förflyttas även uppåt, eftersom luminositeten stiger. Hastigheten för stjärnans rörelse i HR-diagrammet är obetydlig. Dess funktion är att ge utrymme åt huvudsekvensen och göra den till ett band, ur vilket man kan läsa ut stjärnans luminositet och yttemperatur men även dess ålder. Vet vi bara massan är det enkelt, eftersom små stjärnor har långsam fusion och lever längre än jättarna, som förbrukar sitt bränsle på kort tid.
När en stjärna av solens storlek har förbrukat allt sitt väte i kärnan, börjar den använda det helium som bildats i dess centrum genom fusionen. Efter att stjärnan nått en ålder på ca 10-12 miljarder år är detta helium också förbrukat, och stjärnan övergår till att förbruka sitt förråd av helium i skalet omkring kärnan. Nu ändrar den läge på HR-diagrammet. Det som en gång var den vätefyllda kärnan har genom fusion blivit ett förråd av helium som också förbrukats. Stjärnans centrum kan nu inte längre stå emot trycket utifrån utan börjar tryckas samman, varvid skalet upphettas.
Följden blir att stjärnan börjar förflytta sig fort uppåt längs den röda jättegrenen på diagrammet (RGB). I stjärnans centrum bildas passiv heliumgas och trängsel uppstår. Följden blir att partiklarna inte längre kan röra sig lika lätt. Vi har nått ett tillstånd av degeneration. Gasen expanderar inte längre, när temperaturen stiger. Det gör att stjärnan förflyttar sig uppåt men samtidigt mot höger i HR-diagrammet. På grund av den gravitationella energin som trycker samman kärnområdet blir stjärnans centrum allt hetare samtidigt som det minskar i volym.
När det centrala området fått tillräckligt hög temperatur, trycker gravitationen samman stjärnans centrum. Nu startar trippelalfaprocessen. 3 atomer helium blir en kolatom. En heliumatom till och det bildas syre. Utvecklingen som kallas heliumflash sker explotionsartat.
En stjärnas livstid i huvudsekvensen beror på hur mycket bränsle som finns i stjärnen och hur fort det förbrukas. När allt bränslet inuti en stjärna slutligen är använt och kärnfusionen avslutas börjar stjärnan att dö. Nu när bränslet är slut börjar gravitationen ta överhanden. Kärnan dras samman och gravitationsenergi släpps loss. Stjärnan blir tillfälligtvis större ljusare och höljet större. Stjärnor som solen expanderar för att bli jättar. Men deras luminositet ökar inte längre, trots den nya energikällan som tillkom genom heliumflashen: kol och syre.
Stjärnan stabiliseras men med den nya energikällan i centrium. Förbränningen i skalet avtar, stjärnans yttre sjunker ihop och luminositeten sjunker medan temperaturen på ytan ökar. Det innebär att stjärnan förflyttar sig i HR-diagrammet i riktning tillbaka mot huvudserien och eventuellt något nedåt. Denna gren kallas för den horisontella. Stjärnan minskar men temperaturen stiger.
Stjärnor av solens storlek ökar i volym och ljustyrka under den sista fasen i sitt liv, just innan de dör. Den utbrunna kärnan hos en stjärna med liten massa blir en vit dvärg. Kol och syre i deras kärnor startar aldrig någon termonukleär reaktion p g a att det aldrig utvecklas tillräckligt hög temperatur. Stjärnornas yttre lager kastas i stället iväg och kärnan av kol och/eller syre blir synlig. Denna svalnar så småningom. Det är dessa utbrända rester vi kallar vita dvärgar. Vad som finns kvar av en stjärna när den sjunker nedåt och lämnar HR-diagrammet är en svalnad kärna under Chandrasekhargränsen 1,4 solmassor.
Av resterna från de döda stjärnorna bildas så smånginom stoftmoln, i vilka efter en tid kommer att bildas nya stjärnor.