Teorie
Na začátku 20. století sestavil Ejnar Hertzsprung a Henry Norris Russel (odtud HR) diagram, ve kterém jsou na vodorovné ose vyneseny spektrální třídy (nebo povrchové teploty) a na svislé ose svítivost (nebo absolutní hvězdná velikost). Polohou v diagramu se jasně odlišují různé typy hvězd, je do něho možné vynést stupnici jejich průměrů.
HR diagram.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
Během svého života se hvězda v diagramu postupně přemísťuje. Úhlopříčně diagramem probíhá hlavní posloupnost. Vlevo nahoře zahrnuje horké hvězdy s vysokou svítivostí - modré obry, vpravo dole jsou v ní málo svítiví a málo žhaví červení trpaslíci, uprostřed hlavní posloupnosti jsou hvězdy podobné Slunci a samozřejmě také Slunce. Hvězdy nezaplňují celý diagram rovnoměrně, ale shlukují se na určitých místech, které závisí na jejich stáří, velikosti a hmotnosti.
Hvězdy velmi malých hmotností (do 1,4 hmotnosti Slunce): Hvězda během svého vývoje projde pěti stádii. V prvním stádiu se v mezihvězdném zárodečném mračnu začíná tvořit hvězda. Nabýváním hmoty ze zárodečného mračna dochází ke gravitačnímu smršťování, které zvyšuje teplotu protohvězdy. Díky tomu se zažehnou jaderné reakce a protohvězda se stává hvězdou. V té době se „odfoukne“ většina zbylého zárodečného oblaku, z kterého se za několik set milionů let mohou vytvořit planety. Ve hvězdě se postupně vyrovnává tlak plynu a gravitace a hvězda sestupuje na hlavní posloupnost (fáze 3). Na hlavní polsloupnosti stráví hvězda většinu svého aktivního života a září žluto - oranžově. Když hvězda spálí veškeré své zásoby vodíku, poklesne tlak fotonů a hvězda se začne vlivem vlastní gravitace rychle hroutit, což zapříčiní další zvýšení teploty. Zahříváním se v jádru opět zažehnou jaderné reakce avšak tentokrát se začne spalovat helium. Helium je přeměnováno na uhlík. Hvězda se tím značně rozepne a rozepnutím zchladne (fáze 4), takže místo žluto - oranžově začne svítit oranžovo – červeně (je ve stadiu rudého obra). Po vyčerpání veškerého helia už ve hvězdě nemohou pro její nízkou hmotnost začít další jaderné reakce a hvězda se začne gravitačně smršťovat. Hvězda odhodí svou atmosféru a dojde ke gravitačnímu zhroucení do tzv. bílého trpaslíka (fáze 5).
HR diagram pro málo hmotnou hvězdu.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
Hvězdy s hmotností pod přibližně 0,25 hmotnosti Slunce neprochází stádiem rudého obra a po vyčerpání zásob vodíku se hroutí přímo do stádia bílého trpaslíka.
Hvězdy středních a velkých hmotností (od 1,4 do 8 MS): První tři fáze probíhají stejně jako v předchozím případě. Jen doba setrvání na hlavní posloupnosti je kratší. Po spálení zásob vodíku hvězda také začne spalovat helium a stane se obrem. Po vyčerpání veškerého helia se hvězda v důsledku své hmotnosti začne hroutit a tím i zvyšovat teplotu v jádru. Následkem toho zažehne další jaderné palivo – uhlík. Hvězda zvětší své rozměry i zářivost a v HR diagramu se dostává do oblasti veleobrů (fáze 5). Po vyčerpání uhlíku se hvězda začne gravitačně hroutit. Rázová vlna však narazí na malé jádro a odrazí se zpět. Děj proběhne v řádu minut až desítek minut. Obrovské síly rozmetou plynnou atmosféru hvězdy a hvězda opouští hranice HR diagramu a stává se tzv. supernovou (fáze 6). Po několika letech zůstane na místě hvězdy zhroucené jádro veliké jen několika kilometrů o hmotnosti přibližně 1,4 hmotnosti Slunce. Hustota takového jádra je obrovská – řádově 1017 kg/m3. Takto obrovská hustota rozdrtí i jádra atomů a vzniká tak tzv. neutronová hvězda (fáze 7).
HR diagram pro středně a velmi hmotnou hvězdu.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
Nejhmotnější hvězdy (více než 8 hmotností Slunce): Prvních šest fází probíhá stejně jako v předchozím případě. Po vyčerpání uhlíkového jaderného paliva se hvězda začne gravitačně hroutit. Protože hmotnost hvězdy je veliká, zažehnou se další jaderné reakce těžších prvků, než je uhlík. Hvězda ještě zvětší svůj objem a posouvá se na HR diagramu do fáze 6. Koloběh jaderných reakcí přestane až vznikem železného jádra. Kvůli obrovské hmotnosti hvězdy převáží gravitační síly nad ostatními silami držící hmotu pohromadě a hvězda se zhroutí sama do sebe a opouští HR diagram jako černá díra (fáze 7).
HR diagram pro velmi hmotnou hvězdu.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
Ještě hmotnější hvězdy (přibližně hmotnější než 120 hmotností Slunce) by byly nestabilní a ve vesmíru se nevyskytují.
