Tähti on hyvin suuri, kirkkaasti hehkuva ja kuuma pallo avaruudessa. Sen pääosa on ionisoitunutta ainetta, jota kutsutaan plasmaksi. Tähti pysyy koossa oman massansa ja painovoiman tasapainon kautta: painovoima pyrkii vetämään tähden ainetta kohti keskustaa, kun taas sisällä syntyvä paine pyrkii työntämään ainetta ulospäin. Tähti säteilee lämpöä ja valoa sekä muuta sähkömagneettista säteilyä, koska sen sisäosa on erittäin kuuma.

Aurinko on aurinkokunnan keskellä oleva tähti. Se on meille lähin tähti, ja sen valo ja lämpö tekevät mahdolliseksi elämän maapallolla. Monet muut tähdet kauempana ovat olosuhteiltaan ja kooltaan erilaisia, mutta perusperiaate — kuuma plasma säteilee energiaa — on sama.

Miten tähti tuottaa energiaa?

Tähden massa (sen massa) ja keskustan korkea paine ja lämpötila käynnistävät siellä ydinreaktioita. Useimmissa tähdissä reaktio muuttaa pääasiassa vedyn heliumiksi, ja tämä prosessi tuottaa suuria määriä energiaa. Auringon kaltaisissa tähdissä tärkein reaktio on niin sanottu protoniprotonekaava (p-p-ketju), kun taas hyvin massiivisissa tähdissä merkittävä rooli voi olla CNO-syklillä.

Reaktioiden aikana osa massasta muuttuu energiaksi (E = mc² -periaate), ja tämä energia siirtyy tähden uloimmille kerroksille ja lopulta avaruuteen valona ja muuna säteilynä. Tällainen ydinfuusioprosessi tekee tähdistä kuumia ja valovoimaisia.

Auringon kaltainen tähti ja ydinfuusio

Auringon kaltaiset tähdet ovat kuumia juuri siksi, että niiden sisällä tapahtuvaa reaktiota kutsutaan ydinfuusioksi. Ydinfuusio ei ainoastaan tuota lämpöä ja valoa, vaan myös synnyttää uusia, raskaampia kemiallisia alkuaineita. Auringossa (mutta ei kaikissa tähdissä) ytimessä syntyy pääasiassa heliumia vedystä ja vain hyvin pieniä määriä vielä raskaampia alkuaineita. Suurissa, massiivisissa tähdissä fuusioreaktiot voivat jatkua aina raskaampien alkuaineiden muodostumiseen saakka, aina rautaan asti; sitä raskaampien alkuaineiden synty usein vaatii tähtiromahduksen eli supernovan olosuhteet.

Energiansiirto ja säteily

Tähdissä on runsaasti vetyä, ja juuri sen fuusiointi on pääenergianlähde suurimman osan elinkaaren ajan. Fuusio muuttaa vedyn heliumiksi, ja syntynyt energia nostaa tähden sisäosia hyvin kuumiksi. Energia kulkeutuu kohti tähden pintaa joko säteily- tai konvektiokerroksessa, riippuen tähden ominaisuuksista. Lopulta se säteilee avaruuteen: suuri osa energiasta näkyy valona ja muu osa eri aallonpituuksien sähkömagneettisena säteilynä (esimerkiksi infrapuna, ultravioletti, röntgen). Lisäksi osan energiasta vievät neutrinosäteily ja esimerkiksi Auringon tapauksessa eri hiukkasvirrat (aurinkotuuli).

Tähtien elinkaaret ja lopputilat

Tähtien elinkaari riippuu eniten niiden massasta. Pääpiirteet:

  • Kevyemmät tähdet (esim. punaiset kääpiöt) kuluttavat vedyvaransa hitaasti ja voivat elää satoja miljardeja vuosia.
  • Keskitason massaiset tähdet (kuten Aurinko) viettävät suuren osan elämästään niin sanotulla pääsarjalla, jossa vety palaa heliumiksi. Kun ydinvety loppuu, tähti laajenee ja muuttuu ensin punaiseksi jättiläiseksi ja lopulta jättää ulommat kerroksensa muodostaen planetaarisen sumun, kun taas ytimestä jää jäljelle tiivis valkoinen kääpiö.
  • Hyvin massiiviset tähdet käyvät läpi sarjan fuusiovaiheita syntetisoiden yhä raskaampia alkuaineita. Lopussa rautaatomin ydin ei enää tuota energiaa fuusion kautta, jolloin tähti voi romahtaa ja räjähtää supernovana. Tällöin jäljelle jää joko neutronitähti tai hyvin massiivisessa tapauksessa musta aukko.

Kun Auringon kaltainen tähti vanhenee, se laajenee ja muuttuu punaiseksi jättiläistähdeksi. Tämä tapahtuu noin miljardin vuoden kuluttua — todellisuudessa punaisen jättilään vaihe Auringon kohdalla odotetaan alkavaksi muutaman miljardin vuoden kuluttua; Auringon pääsarjakauden loppu on arvioitu luokkaa 5 × 109 vuoden päästä ja koko pääsarjan kesto noin 10 × 109 vuotta.

Muita seikkoja

Tähtien väri ja lämpötila vaihtelevat: kuumimmat tähdet paistavat sinivalkoisina ja viileämmät punertavina. Tähdet voivat esiintyä yksinään tai muodostaa kaksois- ja moninkertaisia järjestelmiä. Kun katsomme tähtiä yötaivaalla, näemme niiden valon, joka on matkannut valoajan verran — kaukaisimmat näkyvät tähdet ovat valoa, joka on lähtenyt vuosia, satoja tai miljoonia vuosia sitten.

Lyhyesti: tähti on plasmaa sisältävä massiivinen kappale, jonka sisällä tapahtuvat ydinfuusioreaktiot tuottavat energiaa. Tähdet syntyvät, elävät ja kuolevat eri tavoilla riippuen niiden massasta, ja niiden kautta syntyvät alkuaineet muodostavat lopulta maailmankaikkeuden kemiallisen monimuotoisuuden.