Gergasi merah

 

 

Gergasi merah adalah kumpulan bintang yang berjejari puluhan hingga ratusan kali ganda daripada Matahari yang disebabkan oleh kehabisan sumber hidrogen dalam teras mereka dan mula membakar hidrogen di lapisan luar teras. Bintang jujukan utama yang mempunyai kelas spektrum A hingga K dipercayai akan menjadi gergasi merah.^[2]

Malahan, bintang tersebut bukanlah sfera merah yang besar dengan yang menjerat apa-apa yang mendekatinya seperti yang tertera dalam banyak imej. Disebabkan ketumpatannya rendah, bintang itu tidak mempunyai fotosfera yang tajam tetapi jasad bintang secara perlaan-lahan menjadi 'korona'.^[3][4]

Gergasi merah adalah berkembang dari bintang jujukan utama yang berjisim dari 0.5 jisim suria hingga antara 4 dan 6 kali jisim suria.^[5] Apabila bintang mula terbentuk dari runtuhan awan molekul dalam bahan antara najam, ia mengandungi banyak hidrogen dan helium, yang jumlah "logam" (unsur dengan nombor atom > 2, iaitu semua unsur melainkan hidrogen dan helium). Unsur ini adalah bercampur dengan sama rata dalam bintang. Bintang akan mencapai jujukan utama apabila terasnya mencapai suhu yang mencukupi untuk mencetuskan perlakuran hidrogen (beberapa bilion Kelvin) dan memulakan keseimbangan hidrostatik. Sepanjang hayatnya dalam jujukan utama, bintang secara perlahan-lahan menukar hidrogen kepada helium; hayatnya dalam jujukan utama akan tamat apabila hampir kesemua hidrogen dalam teras habis digunakan. Bagi Matahari, jangka hayatnya dalam jujukan utama lebih kurang 10 bilion tahun; jangka hayat adalah lebih pendek bagi bintang yang lebih besar jisimnya dan sebaliknya.^[1]

Apabila bintang sudah kehabisan bahan api hidrogen di dalam terasnya, tindak balas nuklear dalam teras akan terhenti, maka teras akan mula mengecut akibat gravitinya. Ini akan memanaskan lapisan luaran teras, yang masih mempunyai hidrogen, lalu mencetuskan perlakuran hidrogen kepada kepada helium. Suhu yang tinggi ini akan meningkatkan kadar tindak balas, menghasilkan cukup tenaga untuk meningkatkan kecerahan bintang dengan faktor 1,000–10,000. Lapisan luar bintang akan mengembang dengan hebatnya, dan bermulalah fasa gergasi merah bagi hayat bintang tersebut. Disebabkan pengembangan lapisan luar bintang, tenaga yang dihasilkan dalam teras bintang tersebar ke kawasan permukaan yang lebih besar, yang menyebabkan suhu permukaan yang lebih rendah dan perubahan dalam cahaya tampak bagi bintang kepada merah - yang mencetuskan nama gergasi merah, walaupun warnanya sering jingga. Pada masa ini, bintan dikatakan menaiki cabang gergasi merah dalam rajah Hertzsprung-Russell (H-R).^[1]

Mekanisme yang mengakhiri keruntuhan teras dan kenaikan cabang gergasi merah bergantung kepada jisim bintang. Bagi Matahari dan gergasi merah yang kurang dari 2.57 jisim suria,^{[perlu rujukan]} terasnya akan termampat hingga tekanan degenerasi elektron akan menghalangnya dari terus meruntuh. Apabila teras terdegenerat, ia akan memanas hingga ia mencecah suhu lebih kurang 10⁸ K, cukup panas untuk ia melakurkan helium kepada karbon melalui proses alf ganda tiga. Apabia teras terdegenerat mencapai suhu ini, seluruh teras akan memulakan perlakuran helium hampir secara mendadak yang proses ini dinamakan nyalaan helium. Dalam bintang yang lebih berjisim, runtuhan teras akan berterusan berlaku hingga ia mencapai 10⁸ K sebelum ia cukup mampat untuk degenerat, maka perlakuran helium akan bermula dengan lebih licin tanpa nyalaan helium. Apabila bintang melakurkan helium dalam terasnya, ia akan mengecut dan tidak lagi digelar gergasi merah.^[1] Fasa perlakuran helium dalam teras bagi sesuatu hayat bintang itu dipanggil cabang mendatar dalam bintang yang kekurangan logam, dinamakan begitu kerana bintang ini berada dalam kedudukan hampir mendatar dalam rajah H-R bagi kelompok bintang. Bintang yang melakurkan helium dengan banyak helium dinamakan gumpalan merah dalam rajah H-R.^[6]

Dalam bintang yang cukup besar untuk memulakan perlakuran helium, proses analogi akan berlaku apabila helium pusat kehabisan dan bintang mula membakar helium di lapisan luar, walaupun dengan kerumitan tambahan yang dalam kebanyakan kes, perlakuran hidrogen akan berterusan dalam lapisan luar yang lebih dalam. Ini akan meletakkan bintang dalam cabang gergasi asimptot, fasa gergasi merah kedua.^[7][8] Bintang yang lebih berjisim akan terus mengulangi kitaran ini, melakurkan unsur yang lebih berat dalam fasa yang berterusan, setiap satu lebih bertahan lama dari yang sebelumnya.

Bintang berjisim suria tidak akan melakurkan karbon. Malah, pada penghujung fasa cabang gergasi asimptot, bintang akan menghamburkan lapisan luarnya, membentuk nebula planet dengan teras bintang yang terdedah, lalu menjadi kerdil putih. Penghasilan nebula planet ini menandakan berakhirnya evolusi bintang bagi fasa gergasi merah.^[1]

Bintang yang berjisim sangat rendah dikatakan sepenuhnya berolak^[9] dan tidak akan mengumpulkan teras helium, maka kehabisan semua bahan apinya tanpa perlu menjadi gergasi merah. ^[10] Bintang begitu sering dirujuk sebagai kerdil merah. Jangka hayat jangkaan bagi bintang ini adalah lebih besar dari hayat terkini alam semesta, maka tiada cerapan sebenar bagi usia bintang ini.

Bintang yang mempunyai jisim yang sangat tinggi dikatakan akan menjadi bintang super gergasi yang berulang alik secara mengufuk dalam rajah HR, pada penghujung super gergasi merah. Hayat mereka lazimnya tamat sebagai supernova jenis II.

Matahari dijangka akan menjadi gergasi merah lebih kurang 5 bilion tahun dari sekarang.^[7] Dikira yang Matahari akan menjadi sangat besar untuk menelan orbit planet dalaman sistem suria, hingga ke Bumi,^[11][12][13] dan jejarinya akan mengembang hingga minimum 200 kali ganda nilai kini.^[14] Matahari akan kehilangan sebahagian jisimnya dalam proses gergasi merah, dan kemungkinan yang Marikh serta planet luaran lain akan hanyut apabila orbitnya semakin membesar. ^[15] Utarid dan mungkin juga Zuhrah akan ditelan oleh lapisan luar Matahari buat masa ini. Nasib Bumi masih tidk jelas. Bumi mungkin akan melebarkan orbitya dan mempunyaihalaju sudut yang mencukupi untuk tidak ditelan. Untuk itu, orbitnya perlu mebesar antara 1.3 AU (190,000,000 km) dan1.7 AU (250,000,000 km). ^[16] Walau bagaimanapun, hasil kajian yang diumumkan pada 2008 menunjukkan yang disebabkan interaksi pasang surut antara matahari dan Bumi, Bumi akan jatuh ke orbit yang lebih kecil, ditelan dan menjadi sebahagian daripada Matahari sebelum ia mencapai saiz terbesar, walaupun Matahari kehilangan 38% jisimnya. ^[17] Sebelum perkara ini berlaku, biosfera Bumi telah lama musnah disebabkan peningkatan kecerahan kerana sumber hidrogen yang berkurangan dan terasnya yang mengecut, walaupun ketika masih belum menjadi gergasi merah. Selepas lebih satu bilion tahun, tenaga suria yang berlebihan akan menyebabkan lautan Bumi terpeluwap dan hidrogen dari air akan hilang ke angkasa, dengan kehilangan air secara keseluruhan menjelang 3 bilion tahun.^[18] Atmosfera dan litosfera Bumi akan menjadi seperti Zuhrah. Satu bilion tahun lagi, hampir semua atmosfera akan hilang ke angkasa juga;^[15], akhirnya meninggalkan Bumi sebagai planet mati dengan permukaannya yang lembut.^[19]