विश्वाचे अंतरंग आपण मागील इयत्तांमध्ये जाणून घेतले आहे. आपली सूर्यमाला ही एका दीर्घिकेत म्हणजेच आकाशगंगेत सामावलेली आहे. दीर्घिका हा अब्जावधी तारे, त्यांच्या ग्रहमालिका व ताऱ्यांमधील रिकाम्या जागेत आढळणाऱ्या आंतरतारकीय मेघांचा (interstellar clouds) समूह असतो. विश्व हे अशा असंख्य दीर्घिकांनी मिळून बनलेले आहे. या दीर्घिकांचे आकार व घडण वेगवेगळी असते. त्यांना आपण तीन मुख्य प्रकारांत विभागू शकतो: चक्राकार (spiral), लंबगोलाकार (elliptical) व अनियमित आकाराच्या (irregular) दीर्घिका. आपली दीर्घिका ही चक्राकार असून तिला मंदाकिनी हे नाव दिलेले आहे. आकृती 19.1 मध्ये एक चक्राकार दीर्घिका दाखविली आहे.

विश्वाबद्दल ही सगळी माहिती आपण कशी मिळवली? आपण रात्री आकाशात पाहिले तर आपल्याला फक्त ग्रह व तारे दिसतात. मग इतर घटकांविषयी माहिती कोठून मिळाली? या प्रश्नाचे उत्तर दुर्बिणी हे आहे. यांपैकी अनेक दुर्बिणी पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर ठेवलेल्या असतात तर काही दुर्बिणी मानवनिर्मित कृत्रिम उपग्रहांवर ठेवलेल्या असतात व विशिष्ट कक्षेत पृथ्वीभोवती परिभ्रमण करत असतात. पृथ्वीच्या वायुमंडलावर असल्याने त्या दुर्बिणी अधिक प्रभावीपणे खगोलीय वस्तूंचे निरीक्षण करू शकतात. दुर्बिणींतून केलेल्या निरीक्षणांचा अभ्यास करून खगोलशास्त्रज्ञ विश्वाबद्दल सखोल माहिती मिळवतात. या पाठात आपण ताऱ्यांचे गुणधर्म व त्यांच्या जीवनयात्रेबद्दल थोडी माहिती घेऊया.

ताऱ्यांचे गुणधर्म(Properties of stars) ः रात्री आकाशात आपण सुमारे 4000 तारे आपल्या डोळ्यांनी पाहू शकतो. सूर्य हा त्यातील एक सामान्य तारा आहे. सामान्य म्हणण्याचे कारण असे की तो आपल्यापासून सगळ्यांत निकट असल्यामुळे जरी आकाशातील इतर ताऱ्यांपेक्षा खूप मोठा दिसत असला तरीही वस्तुतः त्याच्यापेक्षा कमी किंवा अधिक वस्तुमान, आकार व तापमान असलेले अब्जावधी तारे आकाशात आहेत. तारे हे तप्त वायूचे प्रचंड गोल असतात. सूर्याचे काही गुणधर्म खालील तक्त्यात दिले आहेत. सूर्याच्या वस्तुमानाचा 72% भाग हायड्रोजन आहे, तर 26% भाग हेलिअम आहे. उरलेले 2% वस्तुमान हेलिअमपेक्षा अधिक अणुक्रमांक असलेल्या मूलद्रव्यांच्या अणूंच्या रूपात आहे.

सूर्याचे गुणधर्म ः

सूर्याचे वस्तुमान पृथ्वीच्या वस्तुमानाच्या सुमारे 3.3 लक्ष पट आहे व त्याची त्रिज्या पृथ्वीच्या त्रिज्येच्या 100 पट आहे. इतर ताऱ्यांचे वस्तुमान सूर्याच्या वस्तुमानाच्या 1 10 ( MSun 10 ) पासून ते 100 पट (100 MSun ) पर्यंत असू शकते व त्यांची त्रिज्या सूर्याच्या त्रिज्येहून 1 10 पासून ते 1000 पटपर्यंत असू शकते. (आकृती 19.2)

सूर्याचे व इतर ताऱ्यांचे वय, म्हणजेच त्यांच्या निर्मितीनंतर गेलेला काळ हा काही दशलक्ष ते अब्जावधी वर्षांएवढा अजस्त्र असतो. या अवधीत सूर्याच्या गुणधर्मात बदल झाला असता तर त्यामुळे पृथ्वीच्या गुणधर्मात व जीवसृष्टीत बदल घडला असता. यामुळे पृथ्वीच्या गुणधर्मांचा सखोल अभ्यास करून शास्त्रज्ञांनी निष्कर्ष काढला आहे की सूर्याचे गुणधर्म त्याच्या जीवनकाळात म्हणजे गेली 4.5 अब्ज वर्षे बदलेले नाहीत. खगोलशास्त्रज्ञांच्या विश्लेषणानुसार ते गुणधर्म पुढील 4.5 अब्ज वर्षांनी हळूहळू बदलतील.

ताऱ्यांची निर्मिती (Birth of stars) ः दीर्घिकांतील ताऱ्यांच्यामध्ये असलेल्या रिक्त जागांत ठिकठिकाणी वायू व धुळीचे प्रचंड मेघ सापडतात, ज्यांना आंतरतारकीय मेघ म्हणतात. आकृती 19.3 मध्ये हबल दुर्बिणीने टिपलेले अशा मेघांचे एक प्रकाशचित्र दाखवले आहे. मोठी अंतरे मोजण्यासाठी शास्त्रज्ञ प्रकाशवर्ष (light year) हे एकक वापरतात. एक प्रकाशवर्ष म्हणजे प्रकाशाने एका वर्षात पार केलेले अंतर. प्रकाशाचा वेग 3, 00, 000 km/s असल्याने एक प्रकाशवर्ष हे अंतर 9.5 x 1012 km इतके असते. आंतरतारकीय मेघांचा आकार काही प्रकाश वर्षे इतका असतो. म्हणजे प्रकाशाला या मेघांच्या एका टोकापासून दुसऱ्यापर्यंत जाण्यास काही वर्षे लागतात. यावरून तुम्ही या मेघांच्या प्रचंड आकाराची कल्पना करू शकता.

एखाद्या विक्षोभामुळे (disturbance) हे आंतरतारकीय मेघ आकुंचित होऊ लागतात. या आकुंचनामुळे त्यांची घनता वाढत जाते व तसेच त्यांचे तापमानही वाढू लागते व त्यांमधून एक तप्त वायूचा गोल तयार होतो. त्याच्या केंद्रातील तापमान व घनता पुरेसे वाढल्यावर तेथे अणुऊर्जा (अणुकेंद्रकांच्या युतीने निर्माण झालेली ऊर्जा) निर्मिती सुरू होते. या ऊर्जानिर्मितीमुळे हा वायूचा गोल स्वयंप्रकाशित होतो म्हणजेच या प्रक्रियेतून एक तारा निर्माण होतो किंवा एका ताऱ्याचा जन्म होतो असे आपण म्हणू शकतो. सूर्यात ही ऊर्जा हायड्रोजनच्या केंद्रकांचे एकत्रिकरण होऊन हेलिअमचे केंद्रक तयार होणे या प्रक्रियेतून उत्पन्न होते म्हणजे सूर्याच्या केंद्रभागातील हायड्रोजन हा इंधनाचे कार्य करतो.

ताऱ्यांचे स्थैर्य ः एखाद्या खोलीत एका कोपऱ्यात उदबत्त्ती पेटवली असता तिचा सुगंध क्षणार्धात खोलीभर पसरतो. तसेच उकळणारे पाणी असलेल्या भांड्याचे झाकण काढल्यावर त्यातील वाफ बाहेर पडून सर्वत्र पसरते म्हणजे तप्त वायू सर्वदूर पसरतो. मग ताऱ्यांतील तप्त वायू अवकाशात का पसरत नाही? तसेच सूर्याचे गुणधर्म गेली 4.5 अब्ज वर्षेस्थिर कसे राहिले आहेत?

तुम्ही रस्सीखेच हा खेळ खेळला असाल. रस्सीची दोन टोके दोन वेगवेगळे गट आपापल्याकडे खेचत असतात. दोन्ही बाजूला लावलेली बले समान असतील तर ती बले संतुलित होतात व रस्सीचा मध्य स्थिर असतो. जेव्हा एका बाजूचे बल दुसऱ्या बाजूच्या बलापेक्षा जास्त असते तेव्हा रस्सीचा मध्य त्या बाजूला सरकतो. असेच काहीसे ताऱ्यांच्या बाबतीत होते. गुरुत्वीय बल व वायूचा दाब हे संतुलित असले तर तारा स्थिर असतो, पण एक बल दुसऱ्यापेक्षा जास्त झाले तर ताऱ्याचे आकुंचन किंवा प्रसरण होते.

ताऱ्यांची उत्क्रांती (Evolution of stars) ताऱ्याची उत्क्रांती म्हणजे काळाप्रमाणे ताऱ्याच्या गुणधर्मांत बदल होऊन त्याचे वेगवेगळ्या अवस्थांत रूपांतर होण्याची प्रक्रिया. आपण पाहिले की सूर्याच्या गुणधर्मात गेल्या 4.5 अब्ज वर्षात काहीच बदल झालेला नाही. ताऱ्याच्या जीवनातील अधिकांश काळात त्याची उत्क्रांती अतिशय संथ गतीने होत असते. तारे सातत्याने ऊर्जा देत असल्याने त्यांतील ऊर्जा सतत घटत असते. ताऱ्याचे स्थैर्य कायम राहण्यासाठी, म्हणजे वायूचा दाब व गुरुत्वीय बल यांत समतोल राहण्यासाठी ताऱ्याचे तापमान स्थिर राहणे आवश्यक असते व तापमान स्थिर राहण्यासाठी ताऱ्यात ऊर्जानिर्मिती होणे आवश्यक असते. ही ऊर्जानिर्मिती ताऱ्यांच्या केंद्रातील इंधन जळण्याने होते. ताऱ्यांच्या उत्क्रांतीचे कारण त्यांच्या केंद्रातील इंधन जळणे व त्याचा साठा (quantity) कमी होणे हे आहे. केंद्रातील इंधन संपुष्टात आल्यावर ऊर्जानिर्मितीही संपुष्टात येते व ताऱ्याचे तापमान कमी होऊ लागते. तापमान कमी झाल्याने वायूचा दाबही कमी होतो व तो गुरुत्वीय बलाशी संतुलन राखू शकत नाही. गुरुत्वीय बल आता वायूच्या दाबापेक्षा अधिक असल्याने तारा आकुंचित होतो. यामुळे दुसरे इंधन वापरात येते, उदाहरणार्थ, केंद्रातील हायड्रोजन संपल्यावर हेलिअमचे विलीनीकरण होऊ लागते व ऊर्जा निर्मिती पुन्हा सुरू होते. अशी एकामागून एक किती इंधने वापरली जातील हे ताऱ्याच्या वस्तुमानावर अवलंबून असते.

एखाद्या ताऱ्याचे वस्तुमान जितके अधिक तितकी अधिक इंधने वापरली जातात. या दरम्यान ताऱ्यात अनेक बदल घडून येतात. ताऱ्यामध्ये वेगवेगळ्या प्रक्रिया होत असल्याने काही वेळेस ताऱ्याचे आकुंचन, तर काही वेळा प्रसरण होते व तारा विभिन्न अवस्थांमधून जातो. शक्य असलेली सर्व इंधने संपल्यावर ऊर्जा निर्मिती संपूर्णपणे थांबते व ताऱ्याचे तापमान कमी होत जाते. यामुळे वायूचा दाब व गुरुत्वीय बलात समतोल राहू शकत नाही. ताऱ्यांची ही उत्क्रांती कशी थांबते व त्यांची अंतिम अवस्था काय असते हे आपण आता पाहूया.

ताऱ्यांची अंतिम स्थिती (End stages of stars) ः ताऱ्याचे वस्तुमान जितके अधिक तितक्या जलद गतीने त्याची उत्क्रांती होते. ताऱ्याच्या उत्क्रांतीत टप्प्याटप्प्याने येणाऱ्या अवस्था म्हणजेच ताऱ्याच्या उत्क्रांतीचा मार्ग हा देखील ताऱ्याच्या वस्तुमानावर अवलंबून असतो. ही उत्क्रांती कशी थांबते? आपण पाहिले की ताऱ्यांमधून होणारी ऊर्जानिर्मिती बंद झाल्यास तापमान कमी होत गेल्याने वायूचा दाब कमी होतो व तारा आकुंचित होऊन त्याची घनता वाढत जाते. वायूची घनता खूप अधिक झाल्यावर त्यात काही असे दाब निर्माण होतात जे तापमानावर अवलंबून असत नाहीत. अशा परिस्थितीत ऊर्जानिर्मिती संपूर्णपणे थांबल्यावरही व त्याचे तापमान कमी होत गेल्यावरही हे दाब स्थिर राहतात. यामुळे ताऱ्याचे स्थैर्य कायम राहू शकते व ती ताऱ्याची अंतिम अवस्था ठरते.

ताऱ्यांच्या मूळ वस्तुमानाप्रमाणे त्यांच्या उत्क्रांतीचे तीन मार्ग आहेत. यानुसार आपण ताऱ्यांना तीन गटांत विभागू शकतो. एका गटातील सर्व ताऱ्यांचा उत्क्रांतीचा मार्ग व त्यांची अंतिम स्थिती एकसमान असते. ह्याबद्दल आपण अधिक जाणून घेऊया

1. सूर्याच्या वस्तुमानाच्या 8 पटीहून कमी मूळ वस्तुमान असलेल्या ताऱ्यांची (Mstar < 8 MSun) अंतिम अवस्था ः या ताऱ्यांच्या उत्क्रांती दरम्यान त्यांचे मोठ्या प्रमाणात प्रसरण होते व त्यांचा आकार 100 ते 200 पटीने वाढतो. या अवस्थेत त्यांना ‘तांबडा राक्षसी तारा’ म्हणतात. हे नाव त्यांच्या मोठ्या आकारामुळे व त्यांचे तापमान कमी झाल्याने ते लालसर दिसत असल्याने दिले गेले आहे. इतर प्रकारच्या ताऱ्यांच्या सापेक्ष तांबड्या राक्षसी ताऱ्याचा आकार आकृती 19.2 मध्ये दाखविला आहे. उत्क्रांतीच्या शेवटी या ताऱ्यांचा विस्फोट होतो. ताऱ्यांचे बाहेरील वायूचे आवरण दूर

फेकले जाते व आतील भाग आकुंचित होतो. या आतील भागाचा आकार साधारणपणे पृथ्वीच्या आकाराइतका होतो. ताऱ्यांचे वस्तुमान पृथ्वीपेक्षा खूप अधिक असल्याने व आकार पृथ्वीइतका झाल्याने ताऱ्यांची घनता खूप वाढते. अशा स्थितीत त्यांतील इलेक्ट्रॉनमुळे निर्माण झालेला दाब तापमानावर अवलंबून असत नाही व तो ताऱ्यांच्या गुरुत्वीय बलास अनंतकाळापर्यंत संतुलित करण्यास पुरेसा असतो. या अवस्थेत तारे श्वेत दिसतात व त्यांच्या लहान आकारामुळे ते श्वेत बटू (White dwarfs) म्हणून ओळखले जातात. यानंतर त्यांचे तापमान कमी होत जाते परंतु आकार व वस्तुमान अनंतकाळापर्यंत स्थिर राहतात म्हणून ही बटू अवस्था या ताऱ्यांची अंतिम अवस्था असते.

2. सूर्याच्या वस्तुमानाच्या 8 ते 25 पट वस्तुमान (8 M Sun < M star < 25 MSun ) असलेल्या ताऱ्यांची अंतिम अवस्था : हे तारेदेखील वरीलप्रमाणे तांबडा राक्षसी तारा व नंतर महाराक्षसी तारा या अवस्थांमधून जातात. महाराक्षसी अवस्थेत त्यांचा आकार 1000 पटीपर्यंत वाढू शकतो. त्यांत शेवटी होणारा महाविस्फोट (supernova explosion) खूप शक्तिशाली असतो व त्यांतून प्रचंड प्रमाणात बाहेर पडणाऱ्या ऊर्जेमुळे ते तारे दिवसादेखील दिसू शकतात. महाविस्फोटातून उरलेला केंद्रातील भाग आकुंचित होऊन त्याचा आकार 10 km च्या जवळपास येतो. या अवस्थेत ते संपूर्णपणे न्यूट्रॉनचे बनलेले असतात. यामुळे त्यांना न्यूट्रॉन तारे असे म्हटले जाते. ताऱ्यातील न्यूट्रॉनमुळे निर्माण झालेला दाब तापमानावर अवलंबून नसतो व तो अनंतकालापर्यंत गुरुत्वीय बलास संतुलित करण्यास सक्षम असतो. न्यूट्रॉन तारे ही या ताऱ्यांची अंतिम अवस्था असते.
3. सूर्याच्या वस्तुमानाच्या 25 पटींहून अधिक वस्तुमान असलेल्या ताऱ्यांची (M star > 25 M Sun ) अंतिम अवस्था : या ताऱ्यांची उत्क्रांती वरील दुसऱ्या गटातील ताऱ्यांप्रमाणेच होते पण महाविस्फोटानंतरही कोणताच दाब त्यांच्या प्रचंड गुरुत्वीय बलाशी समतोल राखू शकत नाही व ते नेहमीसाठी आकुंचित होत राहतात. त्यांचा आकार लहान होत गेल्यामुळे त्यांची घनता व त्यांचे गुरुत्वीय बल खूप अधिक वाढते. यामुळे ताऱ्याजवळील सर्व वस्तू ताऱ्याकडे आकर्षित होतात व अशा ताऱ्यातून काहीच बाहेर पडू शकत नाही, अगदी प्रकाश देखील बाहेर पडू शकत नाही. तसेच ताऱ्यावर पडलेला प्रकाशही परावर्तित न होता ताऱ्याच्या आत शोषला जातो. यामुळे आपण या

ताऱ्यास पाहू शकत नाही व त्याच्या स्थानावर आपल्याला फक्त एक अतिसूक्ष्म काळे छिद्र दिसू शकेल. म्हणून या अंतिम स्थितीस कृष्ण विवर (black hole) हे नाव दिले आहे. अशा तऱ्हेने आपण पाहिले की मूळ वस्तुमानानुसार ताऱ्यांच्या उत्क्रांतीचे तीन मार्ग असतात व त्यांच्या तीन अंतिम अवस्था असतात. त्या खालील तक्त्यात दिल्या आहेत.