home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Suzy B Software 2 / Suzy B Software CD-ROM 2 (1994).iso / adult_ed / lectures / lect08.txt < prev    next >
Text File  |  1995-05-02  |  7KB  |  108 lines

  1.  ----- The following copyright 1991 by Dirk Terrell
  2.  ----- This article may be reproduced or retransmitted
  3.  ----- only if the entire document remains intact 
  4.  ----- including this header
  5.  
  6.  Lecture #8   "The Lives of the Stars"
  7.  
  8.    Americans shell out millions of dollars each week to find out what the 
  9. stars are doing. Unfortunately (from my obviously biased perspective 
  10. anyway), most of them are concerned with the stars in Hollywood, not the 
  11. ones winking away at them from above. Personally, I couldn't care less what 
  12. color dress Liz wore to the Academy awards presentation. I am much more 
  13. fascinated by the stories that real stars have to tell. And what stories 
  14. they tell!
  15.  
  16.    Stars' lives are actually a lot like the lives of human beings - they are 
  17. born, they live, they retire, and they die. Only in this century have we 
  18. begun to understand that the stars, once thought to be forever unchanging, 
  19. actually pass through several stages of "life". Sometimes it utterly amazes 
  20. me what we've gleaned from those little particles of light that the stars 
  21. have sent our way. I will attempt to share some of this wonder with you all.
  22.  
  23.    Stars begin their lives when the dust and gas of interstellar clouds 
  24. collapses because of its gravity primarily, although other forces do 
  25. contribute to star formation. We will talk more about star formation later 
  26. on. As the cloud collapses, the temperature and pressure increase (think 
  27. about pumping up a bicycle tire - you compress the gas so the pressure goes 
  28. up. Next time feel the bottom of the pump after you're done - it will be 
  29. warm.). As the temperature goes up, the collapsing cloud emits more and more 
  30. infrared (thermal) radiation. At this point we have what is called a 
  31. protostar - it is emitting radiation mainly in the infrared, but it is still 
  32. invisible at optical wavelengths so we wouldn't see it in an optical 
  33. telescope. Eventually the core of the cloud will reach temperatures and 
  34. densities high enough to allow hydrogen atoms to fuse into helium by nuclear 
  35. fusion, and a tremendous release of energy takes place. At this point we say 
  36. that the star is "born". Initially there will still be a lot of dust and gas 
  37. still floating around, but the large amount of radiation now streaming out 
  38. of the star will clear it away. A good test for this theory would be to find 
  39. stars that have very large stellar winds, but perhaps be highly obscured by 
  40. all the dust and gas. Such stars have been found and they are known as the T 
  41. Tauri stars. The T Tauri stars have very large stellar winds, and they are 
  42. just beginning to "peek" out from under the obscuring clouds. The FU Orionis 
  43. stars are even younger objects that are still contracting towards the 
  44. nuclear fusion stage.
  45.  
  46.    Once a star begins fusing hydrogen, it is on the zero-age main sequence. 
  47. Evolutionary changes proceed very slowly, and a star spends about 90 percent 
  48. of its lifetime on the main sequence. The star expands slightly, but for all 
  49. intents and purposes, the main sequence stage rather dull. But what happens 
  50. when the star fuses all of its hydrogen? That's when the fun starts! The 
  51. life of a star is a constant struggle between two opposing forces - gravity 
  52. pulling inward and gas pressure pushing outward. Normally these two just 
  53. cancel one another and the star maintains its same size and shape. But when 
  54. the fuel in the core runs out, the gas pressure is greatly reduced and 
  55. gravity causes the core to collapse very quickly. This rapid collapse causes 
  56. the core to heat up and release a big burst of energy. This causes the 
  57. envelope (the outer layers) of the star to expand and cool. From the 
  58. outside, we see the envelope expand and become redder because it is cooling. 
  59. Thus the star moves to the right in the HR diagram (remember we plot 
  60. temperature increasing to the left). The star is bigger and redder, hence 
  61. the name red giant. 
  62.  
  63.    Now, suppose we get out our stellar cookbook and and whip up a batch of 
  64. stars that have different masses, and let them all turn on at the same time. 
  65. Which ones will last longer, the high mass ones or the low mass ones? When I 
  66. ask this of my students, most of them usually reply that the high mass ones 
  67. should last longer because they have more fuel. Then I pose another 
  68. question. My car, V-8 beast that it is, can hold 26 gallons of gas. A friend 
  69. of mine has a car that holds about 10 gallons. Who can drive longer? It 
  70. turns out that we can go about the same distance before having to fill up. 
  71. Now another factor is obvious- the length of time that a star can fuse 
  72. hydrogen depends not only on how much hydrogen it has, but how fast it 
  73. consumes it. It turns out that high mass stars consume hydrogen at a 
  74. TREMENDOUS rate, and they run out long before the low mass stars do. For 
  75. instance, a star that starts out with 18 times the mass of the sun will only 
  76. last for about 9 million years on the main sequence. The sun's main sequence 
  77. lifetime is about 10 BILLION years. A star of half a solar mass will last 90 
  78. billion years. So the high mass stars are big and bright and flashy, but the 
  79. last for only a short time. The miserly low mass stars are content to shine 
  80. modestly and last for a much longer time. It is truly an example of the 
  81. fable of the tortoise and the hare.
  82.  
  83.    One might wonder how a star "knows" how to balance gravity and pressure 
  84. so exactly. It turns out that the scenario is actually quite simple to 
  85. understand. The rate at which a star consumes fuel depends on the 
  86. temperature in the core of the star. In fact, it depends on the temperature 
  87. raised to a large power. In certain cases, for example, the rate of fusion 
  88. depends on the temperature to the sixteenth power! That means if the 
  89. temperature doubles, the fusion rate increases by a factor of 65,536! 
  90. Clearly this is a VERY sensitive temperature dependence. A small change in 
  91. temperature causes a very large change in the rate of fusion. Suppose that, 
  92. for some reason, the gas pressure of the star decreases slightly. Now the 
  93. ggravitational force pulling inward is a little bigger than the pressure 
  94. force pushing outward and the star begins to collapse. But as we said 
  95. before, a collapse of a gas causes a rise in the temperature. A rise in the 
  96. temperature means that the fusion rate will go way up and more energy is 
  97. released. The extra energy increases the gas pressure and the collapse is 
  98. halted. The same argument applies if the gas pressure force exceeds the 
  99. gravitational force. The star expands and cools. But this causes a drop in 
  100. temperature and the fusion rate goes down. Now less energy is being 
  101. released, the pressure goes down and the expansion is halted. Thus stars 
  102. have a nice pressure-temperature thermostat that keeps them at a steady size.
  103.  
  104.    I don't want to get too carried away! Next time we will continue talking 
  105. about stellar evolution.
  106.  
  107.  Dirk
  108.