"

4 Chapter 4 – What will happen to the Sun?

OpenStax Astronomy Chapter 21: The Birth of Stars

OpenStax Astronomy Chapter 22: Stars from Adolescence to Old Age

OpenStax Astronomy Chapter 23: The Death of Stars

The Life of a Star

Section 21.1  and Section 22.1 

 

I. Overview:                                       of a                                      

A. Stars                                        when                                                causes clouds of                                             gas to                           

B. Stars make                                   by                                                                        

1. Converting hydrogen to                                            in their                                       

C. Eventually, fusion                                    source                                       , no longer Hydrogen

1. Changes the                                                 of the star like size and luminosity

D. A star’s                                                        depends on its                                      and                                        for fusion

 

II.                                                vs.                                                        stars

A.                                                                                    and have different                                           lifetimes

B. Stars with                                         masses have                                                                       (hydrogen) for fusion

1.                                    stars: Mass is less than                        Msun

2. High-mass stars: Mass is                                             than 8 Msun

C. More                               causes                                                                          

D. Causes                                        interior                                                     and                                             (hydrostatic equilibrium)

E. Causes                                    rate of                                     and                                                                          

F. Therefore, even with                                  fuel,                                                stars have                                           lifetimes on the Main Sequence

1. Evolve more                                                    

2. High-mass star lifetimes:                                                 of years

3. Low-mass star lifetimes:                                               of years (Sun about                      billion years)

 

Why do high-mass stars have shorter lifetimes? Fill in the blank in the cycle below.

High mass stars have more fuel, so stronger gravity, so higher                        , so faster fusion to burn through the fuel more quickly.

A. Mass and Luminosity
B. Temperature and Pressure
C. Luminosity
D. Hydrostatic Equilibrium
E. Rate of Convection

Main Sequence Stars

 

III.                                                                                      (MS) Stars

A. Star                                    on MS for                                   of its lifetime while fusing                                                   in core

1. MS lifetime for low-mass stars:                                                                                   

B. Star’s                                                     will                                              as it uses                                    

1. Must maintain                                                                                 so doesn’t collapse or explode

2.                                                                                                                                     may change a little to maintain balance

C. Eventually, all                                                           in                                   is converted to                                         

1.                              of star’s interior is still                                                    

D. Core is now completely                                                                     leftover from Hydrogen burning

E.                            more hydrogen                                       in core, so star                                                                 on the HR Diagram

 

Consider the information given below about the lifetime of three main sequence stars:
Star A will be on the MS for 45,000 million years.
Star B will be on the MS for 70 million years.
Star C will be on the MS for 2 million years.

Which of the following is a true statement about these stars?

A.  Star A has the greatest mass.
B.  Star B has the greatest mass.
C.  Star C has the greatest mass.
D.  Stars A, B, and C all have approximately the same mass.

 

Evolution of Low-Mass Stars

 

IV.                                                      the MS and becoming Red Giants  –                                                  Stars

A.                                             for Fusion:                                                                , Hydrogen                                  now takes place in a shell around the Helium ash core

1.                   fusion in                         : Helium is                                                     enough to                       

B.                                            begins to                             over the gas                                                          , crushing the Helium core

1. The                                 becomes more massive,                                            and                                         

C. Core is now                                                                                      : electrons are packed together as tightly as will go

1. Held together by electron-degeneracy                                                   

2. Degenerate core gets                                      as mass is added from shell burning

D.                                                                                                       

1. When the core                                      , its                                                      gets                                        

2. Stronger gravity –> higher                                        –>                                  nuclear burning –> more                                     being produced =                                                                          

 

V.                                                             

A.                                                 in                                              and                                                  results in:

1.                                                  overall                                       of the star, just the core is smaller

2.                                                   surface                                                                     

B. The star is now a red giant:                                                                                                                       

1. But about                                                                  

C.                        diagram: star moves                              and to the                                   away from the MS onto the                                                                            

1.  A star may take                                                                of years to go up the branch as properties                                        

 

When a star runs out of fuel in its core, the core shrinks. Gravity and pressure increase resulting in faster nuclear burning and                                        .

A. smaller overall size
B. higher surface temperature
C. greater luminosity
D. less energy produced

 

 

Section 22.4

 

VI.                                                                     

A. When                              and dense enough,                                   of                                   starts                                         in the degenerate ash core

1. Temperature in core about                             million K

B. Helium fuses to                                              

1. Fusion process is different:                                                                            not proton-proton chain as before

 

VII.                                                                                       Stars

A. Fuel source for fusion:                          fuses to Carbon in the                              AND                                         still fuses to Helium in a                                                      

B. Star gets                                                                                                  

1. Weaker gravity and lower                                                   

C. Star quickly                                                         in luminosity

D.                            Diagram: Drops                            and                               to the                                                               (HB)

1. Stays there with constant                                                 (horizontal line) for a brief time, about 100 million years

 

When a red giant suddenly starts burning Helium in its core, that is called                                     .

A. A hydrogen shell
B. A helium bump
C. A hydrogen burn
D. A helium flash

 

Stars on the Horizontal Branch of the HR diagram, have a constant                                                 .

A. Surface Temperature
B. Luminosity
C. Size
D. Mass

 

 

VIII.                                   Star (like a Red Giant again)

A. Helium is                                                   in the                                 

B. Fuel source for fusion: 2 shells:                                      fusion in an                                                  and                                fusion in an outer                                         

C.                           fusion in the degenerate                                                                    

D. Star gets more                                                                                                , and                                           than it was the first time it was a red giant

E. HR Diagram: Enters the                                                                                                                 (AGB)

1.                      and to the                                        from the horizontal branch

F. Star has been                                           a little                                        since left MS, at end of AGB stage loses                             

1. Because of big size, less                                     at outer layers to hold onto gas

 

 

Which type of star has a degenerate Carbon core?

A. Red Giant
B. Horizontal Branch Star
C. AGB Star
D. Main Sequence Star

 

IX.                                                                                       

A. At end of AGB, star becomes very                                                              

B. Gravity                                                                        onto the                                                               of the star, and they are                                                    into space

C. Remaining star and core                                                   and becomes                                                          , up to 100,000 K

1. Sends stellar                                                      and                                                                     radiation out into ejected material

D. Creates a                                                                                                   

1. Ultraviolet radiation causes atoms in ejected gas to                                                             

2.                                              shapes gas

3. See different                                                    based on                                           of view

E. HR Diagram: Moves rapidly from                                                                         across the HR diagram then                                  

1. Planetary Nebula only lasts about                                      years

2. Then, only the                                                                         carbon core remains, but it is very                        (white dwarf)

 

Death of Low-Mass Stars

Section 23.1

 

X.                                                                            

A. After planetary nebula is gone,                                                                of star called a                                                           

B.                                , but                                 very luminous, and very                                        

C.                                          are in the range of                                                    Msun

1. Same mass as                                     , but                                           similar to                                                      

2. Very                                            : a                                per teaspoonful

D. Leftover                                        of                                    star

1. Mostly                                       

2. Supported by electron degeneracy                                                

3.                                                                 , so                                           down with time

E. HR Diagram: Lower                           corner, moves                                 and                                    

1. Size stays                                              , but gets cooler and                                              with time

F.                                                                           stars become white dwarfs

G. Ends up as                                          Dwarf

1. After                                                           of years, white dwarf cools so much it                  longer                                  light

2.                                                                           only, have not observed black dwarf

3. Universe may not be                                     enough to have black dwarfs because it takes too long for white dwarf to cool

 

Which of the following is the correct order for the stages of evolution of the Sun?

A. Main sequence, white dwarf, planetary nebula, red giant
B. Main sequence, red giant, white dwarf, planetary nebula
C. Main sequence, red giant, planetary nebula, white dwarf
D. Main sequence, planetary nebula, red giant, white dwarf

When will the Sun leave the main sequence?

A. When Hydrogen is used up in the Core
B. When ALL the Sun’s Hydrogen becomes Helium
C. When Carbon fusion begins
D. When it becomes an AGB star

 

 

Evolution of Binary Stars

Section 23.5 

 

XI.                                                                     Stars

A.                                 stars are in                                             or                                               systems

1. Stars orbit                                              one another

B. In a                                 of                                     stars, the star with                                                   evolves                                   

1. Example: If have 1 Msun star and 2 Msun star –                  Msun is more massive and becomes                                               before 1 Msun star becomes a                                                     

2. Lifetime of 1 Msun star                            than                               as long as 2 Msun star

C.                                                              : When more massive star is a Red Giant and smaller one is still on MS, material                      from the                                       to the smaller                                              due to                                           

D. More                                             star then evolves to become a                                                      

E. When the                                       (less massive) star becomes a                                                   later, it can                                        material onto the                                                                            

 

XII.                                                  

A.                                                          gas collects on the                                                       due to mass transfer from companion red giant

B.                                                starts and                                          burns through thin layer of Hydrogen, then                              

C. Called a                                                 : White dwarf gets                                                        much                                                    

1. Last for a few                                                 

2.                                                                          times                                                    than the Sun

D. When burned through all the                                                   , it goes back to a normal                                                               

1. Can repeat process and be nova                                        times

a. Usually takes                                                             of years, but some only a few decades

 

XIII.                                                                                                  

A. The                                                                        for a white dwarf is                            Msun

1. Called the Chandrasekhar                                    

B. If pushed                               this limit by mass transfer, White Dwarf will                                                                                

C.                                               carbon                                        of                                      White Dwarf results in a                                                                                                   

D. Explosion is briefly as luminous as                                                               Suns

1. Brighter than a whole                                                    , so can be seen at large                                                (in other galaxies)

2. Creates new                                                              like                                        and nickel in explosion

3. May occur                                           in a century per galaxy

E. The White Dwarf is completely                                                          ,                                                        left

 

Imagine a binary system with one star like the Sun and one star a little more massive than the Sun.
Which of the following states is NOT possible later on?

A. Two white dwarf stars
B. A white dwarf and a main-sequence star
C. Two AGB stars
D. A white dwarf and a red giant

 

Tutorial Activity – Low-Mass Stellar Evolution

“Elementary Astronomy Worksheet Handout 19: Life Cycles of Stars” (modified by Kaisa E. Young) by Catherine Whiting via OER Commons, licensed under CC BY 4.0, https://oercommons.org/courses/elementary-astronomy-worksheets

 

1.  Why do high-mass stars live very short lives if they have so much more ‘fuel’ to burn?

 

 

2.  Would a red main sequence star live a long or short life compared to the sun?

 

 

3. What event triggers the beginning of the death of all stars?

 

 

4. Put the following in order of the evolution of a low-mass star. What is the name of each stage?

  • A:  Fusing hydrogen into helium in a shell around its core and in its core helium is fusing into carbon.
  • B:  Composed primarily of Carbon and has no nuclear reactions ongoing in its core.
  • C:  Fusing hydrogen into helium in its core.

 

 

5. What will remain of the Sun after it dies?

 

 

6. Create a flowchart or draw an HR diagram showing all the stages of low-mass star from main sequence to white dwarf.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Create a flowchart or describe how novas and Type Ia supernova can happen.

 

 

 

 

 

 

 

License

Icon for the Creative Commons Attribution 4.0 International License

Astronomy of Stars and Galaxies Copyright © by Kaisa Young is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License, except where otherwise noted.