Mekkora lehet a legnagyobb csillag?

A közhiedelem szerint a Nap egy egészen átlagos csillag – azonban a valóságban nagyobb és fényesebb, mint a csillagok 85-90 százaléka. A csillagok legnagyobb része ugyanis vörös törpecsillag, ezek, a Nap tömegének alig tizedét elérő égitestek teszik ki nagyjából a csillagok háromnegyedét. Az alsó határvonalat a Nap tömegének 7-8 százaléka jelenti, ami ennél kisebb, az nem válhatott csillaggá, vagyis nem indulhatott be a belsejében a fúzió, mert nem volt ehhez elegendő benne a nyomás. No de hol lehet a felső határ? A Scientific American cikke ezt a kérdést tárgyalta át.

A csillag sorsát a tömege határozza meg. Ehhez meg kell érteni, hogy a csillag voltaképp egy egyensúlyban lévő rendszer: a gravitáció befelé húzza, a benne termelődő energia pedig kifelé nyomja az anyagát. Addig maradhat csak fenn, míg e két tényező egyensúlyban van.

A tömegtől függ az, hogy milyen szinten áll be az egyensúly. A kis tömegű csillagokban gyengébb a gravitáció, ezért kisebb nyomás és hőmérséklet is elegendő az egyensúly fenntartásához. Ez azt eredményezi, hogy ezek a csillagok lassan és nagyon sokáig élnek.

A nagy tömegű csillagoknál erősebb a gravitáció, ezért a csillag anyaga jobban összenyomódik. Ez nagyobb nyomást és sűrűséget hoz létre a magban, amitől pedig a hőmérséklet is emelkedik. A magasabb hőmérséklet miatt a fúzió gyorsabb lesz és több energia is termelődik. Végül ez az energia hozza létre a kifelé ható nyomást, ami egyensúlyba kerül a gravitációval.

Mivel ezekben a csillagokban a fúzió sebessége extrém módon függ a hőmérséklettől, már ennek kis mértékű emelkedése is drámai, nagyságrendi energiatermelés-növekedést okoz. Ezek a csillagok ezért gyorsan elégetik az üzemanyagaikat, rövid életűek.

Ez azt jelenti, hogy a csillag tömege és élettartama közt rendkívül szoros összefüggés van, ez pedig erősen korlátot szab annak, mekkora lehet egy csillag. Ha egy csillag túl nagy, instabillá válik, hatalmas mennyiségű anyagot dob le magáról, és visszakerülhet a normálisan működő csillagok méretkategóriájába. A másik lehetséges út, hogy szupernóvaként felrobban.

Elméletben a legnagyobb csillagok tömege kb. 300-szorosa lehet a Nap tömegének. A legnagyobb, amelyet ismerünk, az R136a1 nevű óriás a Nagy Magellán-felhőben. A becslések szerint 291 naptömegű lehet  – de a 200 naptömegnél nagyobb csillagokból csupán egy maréknyiról van tudomásunk. Az R136a1 mintegy 160 ezer fényév távolságban van tőlünk, ami ez esetben nem baj, hiszen ha felrobban rövid élete végén, jobb távol maradni tőle.

A csillag jelenleg talán egymillió éves lehet, és még kétmillió éve van hátra, mielőtt szupernóvává válik. Bár most e csillag jelzi a legnagyobbakat, nem sok esély volna ugyanilyen nagyot találni. Azonban ez nem volt mindig így.

A világegyetem hajnalán még nem nagyon voltak nehéz elemek, és ebben az időszakban kialakulhattak elképesztő méretű csillagok is. A nehéz elemek az óriáscsillagok belsejében lejátszódó fúziós folyamatok termékei, majd a csillagok felrobbanásakor szóródtak szét a környezetben. A későbbi csillagok az előzőek hagyatékára épültek, így fokozatosan nőtt a nehezebb elemek aránya.

A modellszámítások szerint azonban a korai óriáscsillagok még valóban óriások lehettek: akár a nap tömegének sok ezerszeresét is elérhették. Egyelőre még nem sikerült meglátnunk őket (a nagy fényességük ellenére is csak rendkívül halvány fénypontokként kerülhetnének elénk). Talán ha sikerült rájuk találni, akkor megérthetjük, mi minden határozza még meg, hogy milyen nagyra is nőhet egy csillag.