Время жизни звезд – все о космосе

Звезды

На протяжении веков каждую ночь мы видим в небе загадочные огоньки – звезды нашей Вселенной. В древности люди видели фигуры животных в скоплениях звезд, и позже они начали называться созвездиями.

На текущий момент ученые выделяют 88 созвездий, которые разделяют ночное небо на участки. Звезды – это источники энергии и света для Солнечной системы. Они способны создавать тяжелые элементы, которые необходимы для начала жизни.

Таким образом, Солнце дарит свое тепло всему живому на планете. Степень яркости звезд определяется их размерами.

Звезда Canis Majoris из созвездия Большого Пса является самой крупной во Вселенной. Она находится в 5 тыс. световых лет от Солнечной системы. Ее диаметр – 2,9 миллиарда километров.

Конечно же, не все звезды в Космосе такие огромные. Есть и звезды-карлики. Величину звезд ученые оценивают по шкале – чем звезда ярче, тем ее номер меньше. Самая яркая звезда в ночном небе Сириус. По цветам звезды делятся на классы, которые указывают на их температуру. К классу О относятся самые горячие, они голубого цвета. Звезды красного цвета являются самыми холодными. 

Следует заметить, что звезды не мерцают. Этот эффект похож на то, что мы наблюдаем в жаркие дни лета, посмотрев на раскаленный бетон или асфальт. Кажется, что мы смотрим через дрожащее стекло. Этот же процесс вызывает иллюзию мерцания звезды. Чем ближе она к нашей планете, тем больше она «мерцает».

Виды звезд

Главная последовательность – время существования звезды, которое зависит от ее размера. Маленькие звезды сияют дольше, крупные, наоборот, меньше. Массивным звездам топлива хватит на пару сотен тысяч лет, а малые будут гореть на протяжении миллиардов лет.

Красный гигант – большая звезда оранжевого или красноватого оттенка. Звезды этого типа очень крупных размеров, которые превышают обычные в сотни раз. Самые массивные из них становятся сверхгигантами. Бетельгейзе, из созвездия Орион, является самой яркой среди красных супергигантов.

Белый карлик – это остатки обычной звезды, после красного гиганта. Эти звезды довольно плотные. Их размер не больше нашей планеты, но их массу можно сравнить с Солнцем. Температура белых карликов достигает 100 тыс. градусов и больше.

Коричневые карлики еще называют субзвездами. Это газовые массивные шары, которые больше Юпитера и меньше Солнца. Эти звезды не излучают тепла и света. Они являют собой темный сгусток материи.

Цефеида. Цикл ее пульсации колеблется между несколькими секундами и несколькими годами. Все зависит от разновидности переменной звезды. Цефеиды изменяют свою светимость в конце жизни и в начале. Они могут быть внешними и внутренними.

Большинство звезд – это часть звездных систем. Двойные звезды – две гравитационно связанные звезды. Ученые доказали, что у половины звезд галактики есть пара. Они могут затмевать друг друга, потому что их орбиты находятся под малым углом к лучу зрения.

Новые звезды. Это тип катаклизмических переменных звезд. Их блеск меняется не так резко, по сравнению со сверхновыми. В нашей галактике выделяют две группы новых звезд: новые балджа (медленные и слабее) и новые диска (быстрее и ярче).

Сверхновые. Звезды, которые заканчивают эволюцию во взрывном процессе. Этим термином были названы звезды, которые вспыхнули сильнее новых. Но ни одни, ни другие не являются новыми. Всегда вспыхивают звезды, которые уже существуют.

Гиперновые. Это очень крупная сверхновая звезда. Теоретически они могли бы создать Земле серьезную угрозу сильной вспышкой, но на данный момент подобных звезд поблизости нашей планеты нет.

Цикл жизни звезд

Звезда берет свое начало в виде облака газа и пыли, которое называют туманностью. Взрывная волна сверхновой или гравитация соседней звезды способна заставить ее сжиматься. Элементы облака собираются в плотную область, которая называется протозвездой.

При следующем сжатии она нагревается и достигает критической массы. После происходит ядерный процесс, и звезда проходит все фазы существования. Первый является самым стабильным и долгим.

Но со временем топливо заканчивается, и мелкая звезда становится красным гигантом, а большая – красным супергигантом. Эта фаза будет длиться, пока топливо полностью не закончится.

Туманность, которая останется после звезды, может расширяться на протяжении миллионов лет. После чего на нее подействует взрывная волна или гравитация, и все повторится сначала.

Основные процессы и характеристики

Звезда имеет два параметра, которые определяют все внутренние процессы, – химический состав и масса. Задав их одиночной звезде, можно предсказать спектр, блеск и внутреннюю структуру звезды.

Расстояние

Есть много способов для определения расстояний до звезды. Самый точный – измерение параллаксов. До звезды Веги расстояние измерил астроном Василий Струве в 1873.

Если звезда находится в звездном скоплении, расстояние до звезды можно принять равным расстоянию до скопления. Если звезда из класса цефеид, расстояние можно вычислить из зависимости абсолютная звездная величина – период пульсации.

Чтобы определить расстояние к далеким звездам, астрономы используют фотометрию.

Масса

Точная масса звезды определяется, если это компонент двойной звезды. Для этого используется третий закон Кеплера. Также можно косвенно определить массу, к примеру, из зависимости светимость – масса. В 2010 году ученые предложили еще один способ вычисления массы.

Он основывается на наблюдениях за прохождением планеты со спутником по диску звезды. Применив законы Кеплера и изучив все данные, определяют плотность и массу звезды, период вращения спутника и планеты и другие характеристики.

На данный момент этот способ использовался на практике.

Химический состав

Химический состав зависит от вида звезды и ее массы. Крупные звезды не обладают элементами тяжелее гелия, а красные и желтые карлики относительно на них богаты. Это помогает звезде зажечься.

Структура

Выделяют три внутренние зоны: конвективную, ядро и зону лучистого переноса.

Конвективная зона. Здесь за счет конвенции происходит перенос энергии.

Ядро – центральная часть звезды, где проходят ядерные реакции.

Лучистая зона. Здесь перенос энергии происходит благодаря излучению фотонов. У малых звезд эта зона отсутствует, у крупных находится между конвективной зоной и ядром.

Атмосфера находится над поверхностью звезды. Она состоит из трех частей – хромосферы, фотосферы и короны. Фотосфера является самой глубокой ее частью.

Звездный ветер

Это процесс, при котором вещество из звезды стекает в межзвездное пространство. Он играет немаловажную роль в эволюции. В результате звездного ветра масса звезды уменьшается, значит, ее жизнь полностью зависит от интенсивности этого процесса.

Принципы обозначения звезд и каталоги

В галактике находится больше 200 миллиардов звезд. На фотоснимках крупных телескопов их настолько много, что не имеет смысла давать им всем имена и даже считать. Примерно 0,01 процента звезд нашей галактики занесено в каталоги. У каждого народа самые яркие звезды получили имена. К примеру, Алголь, Ригель, Альдебаран, Денеб и другие происходят с арабского.

В Уранометрии Байера звезды обозначаются буквами греч. алфавита в порядке убывания блеска (α – самая яркая, β – вторая по блеску). Если греческого алфавита не хватало, использовался латинский. Некоторые звезды называют именами ученых, которые описывали их уникальные свойства.

Большая Медведица

Созвездие Большая Медведица являет собой 7 эффектных звезд, которые отыскать на небе довольно просто. Помимо этих, в созвездии насчитывается еще 125 звезд. Это созвездие одно из самых крупных и захватывает на небе 1280 кв. градусов. Ученые выяснили, что звезды ковша находятся от нас на неравном расстоянии.

Ближе всех расположена звезда Алиот, самая дальняя – Бенетнаш. Для любителей астрономии это созвездие способно служить «тренировочным полигоном»:

·          Благодаря Большой Медведице можно с легкостью найти и другие созвездия.

·          В течение года оно четко показывает обращение неба за сутки и перестроение его вида.

·          Если запомнить угловые расстояния между звездами, можно проводить угловые приближенные измерения.

·          Имея едва ощутимый телескоп, можно рассмотреть переменные и двойные звезды в Большой Медведице.

Легенды и мифы созвездия

«Ковш» известен нам с давних времен. Древние греки утверждали, что это нимфа Калисто, которая была спутницей Артемиды и возлюбленной Зевса. Она проигнорировала  правила и навлекла немилость богини.

Та обратила ее в медведицу и натравила собак. Чтобы возлюбленная Зевса была в безопасности, он поднял ее на небо.

Событие это темное, и каждый раз в эту историю пытаются добавить что-то новое, как, например, подругу нимфы Каллисто, которую превратили в Малую Медведицу.

Большую Медведицу можно увидеть и днем, использовав интерактивную карту созвездий. Здесь Вы сможете найти другие малые и большие созвездия, посмотреть их в большом приближении. Все в Ваших руках с порталом Kvant.Space. 

Источник: http://kvant.space/zvyozdy

Время жизни звезды

Нас окружают звезды самого разного возраста. Солнце — сравнительно старая звезда, как и планеты, вращающиеся вокруг него. По оценкам геологов, возраст Земли — около 4,5 млрд. лет, возраст Солнца должен быть не меньшим.

Возраст абсолютного большинства звезд нашей Галактики — такой же, как у Солнца, или больше. В то же время многие звезды образовались совсем недавно, а некоторые давно закончили свой жизненный путь.

Процесс рождения и умирания звезд непрерывен.

Жизненный цикл Солнца

Массивные звезды эволюционируют намного быстрее, чем звезды малых масс. Звезда очень большой массы успевает пройти весь свой жизненный путь и стать сверхновой за тот период, которого самым легким звездам хватает лишь для того, чтобы прийти на главную последовательность.

Соотношение возраста и отпущенного звезде времени жизни можно рассматривать как показатель молодости или старости звезды. Самые молодые звезды мы наблюдаем в областях звездообразования, близ ярких газовых туманностей.

Они находятся на стадии образования или только что образовались из газовой среды, «проклюнулись» из непрозрачных околозвездных «коконов», на их поверхность продолжает падать газовое вещество из окружающего пространства. Эти активные процессы проявляются в переменности блеска молодых звезд.

Особенно точно определяется возраст звездных скоплений. Звездное скопление — это группа звезд различной массы, которые сформировались практически одновременно из вещества с почти одинаковым содержанием химических элементов.

Читайте также:  Земля - все о космосе

Сравнив диаграмму Герцшпрунга — Рассела звездного скопления с теоретической последовательностью, т.е. последовательностью, которую должны образовывать на этой диаграмме звезды разной массы, но одного возраста и химического состава, астрофизики могут оценить возраст скопления.

диаграмма Герцшпрунга — Рассела

У очень молодых звездных скоплений (с возрастом около 1 млн. лет) правая нижняя часть наиболее «населенной» последовательности диаграммы Герцшпрунга — Рассела проходит выше теоретической главной последовательности.

Это результат того, что самые маломассивные звезды молодых скоплений еще не достигли эволюционного этапа главной последовательности и только приближаются к ней справа. У более старых скоплений (десятки миллионов лет) становится заметным загиб вправо верхнего конца главной последовательности.

Масса звезд вдоль главной последовательности убывает сверху вниз. Самые массивные звезды рассматриваемых скоплений уже завершают эволюционную стадию главной последовательности и начинают уходить с нее вправо. Место этого загиба обычно называют точкой поворота главной последовательности.

Чем старше скопление, тем дальше точка поворота сдвигается вправо вниз (в сторону меньшей светимости и более низкой температуры поверхности звезд). У самых старых шаровых скоплений (около 10 млрд. лет и больше) на главной последовательности вообще нет ярких горячих звезд.

Теоретики предсказывают, что Солнце останется на главной последовательности еще примерно 5— 6 млрд. лет, и если в шаровых скоплениях звезды солнечного типа уже отсутствуют на главной последовательности, значит, возраст таких скоплений (и возраст населяющих их звезд) должен превышать 10 млрд. лет.

Ещё по теме:

by HyperComments

Источник: http://light-science.ru/kosmos/vselennaya/vremya-zhizni-zvezdy.html

Жизнь и смерть звезд

Астрофизика уже достаточно продвинулась в изучении эволюции звезд. Теоретические модели подкреплены надежными наблюдениями, и несмотря на наличие некоторых пробелов, общая картина жизненного цикла звезды давно известна.

Рождение

Все начинается с молекулярного облака. Это огромные области межзвездного газа, достаточно плотные для того, чтобы в них сформировались молекулы водорода.

Затем происходит событие. Возможно, оно будет вызвано ударной волной от взорвавшейся рядом сверхновой, а может и естественной динамикой внутри молекулярного облака. Однако исход один – гравитационная неустойчивость приводит к формированию центра тяжести где-то внутри облака.

Поддаваясь соблазну гравитации, окружающее вещество начинает вращаться вокруг этого центра и наслаивается на его поверхность. Постепенно образуется уравновешенное сферическое ядро с растущей температурой и светимостью – протозвезда.

Газопылевой диск вокруг протозвезды вращается все быстрее, из-за ее растущей плотности и массы все больше частиц сталкиваются в ее недрах, температура продолжает расти.

Как только она достигает миллионов градусов, в центре протозвезды происходит первая термоядерная реакция. Два ядра водорода преодолевают кулоновский барьер и соединяются, образуя ядро гелия. Затем – другие два ядра, потом – другие… пока цепная реакция не охватит всю область, в которой температура позволяет водороду синтезировать гелий.

Энергия термоядерных реакций затем стремительно достигает поверхности светила, резко увеличивая его яркость. Так протозвезда, если обладает достаточной массой, превращается в полноценную молодую звезду.

Область активного звездообразования N44 / ©ESO, NASA

Ни детства, ни отрочества, ни юности

Все протозвезды, которые разогреваются достаточно для запуска термоядерной реакции в своих недрах, затем вступают в самый продолжительный и стабильный период, занимающий 90% всего времени их существования.

Все, что с ними происходит на данном этапе, это постепенное выгорание водорода в зоне термоядерных реакций. Буквальное «прожигание жизни». Звезда очень медленно – в течение миллиардов лет – будет становиться горячее, станет расти интенсивность термоядерных реакций, как и светимость, но не более того.

Конечно, возможны события, которые ускоряют звездную эволюцию – например, близкое соседство или даже столкновение с другой звездой, однако от жизненного цикла отдельного светила это никак не зависит.

Есть и своеобразные «мертворожденные» звезды, которые не могут выйти на главную последовательность – то есть не способны справляться с внутренним давлением термоядерных реакций.

Это маломассивные (менее 0,0767 от массы Солнца) протозвезды – те самые, которые называют коричневыми карликами. Из-за недостаточного гравитационного сжатия они теряют энергии больше, чем образуется в результате синтеза водорода. Со временем термоядерные реакции в недрах этих звезд прекращаются, и все, что им остается, это продолжительное, но неизбежное остывание.

Коричневый карлик в представлении художника / ©ESO/I. Crossfield/N. Risinger

Неспокойная старость

В отличие от людей, самая активная и интересная фаза в «жизни» массивных звезд начинается к концу их существования.

Дальнейшая эволюция каждого отдельного светила, достигшего конца главной последовательности – то есть точки, когда водорода для термоядерного синтеза в центре звезды уже не осталось – напрямую зависит от массы светила и его химического состава.

Чем меньшей массой обладает звезда на главной последовательности, тем более продолжительной будет ее «жизнь», и менее грандиозным будет ее финал.

Например, звезды с массой менее половины от массы Солнца – такие, которые называются красными карликами – вообще еще ни разу не «умирали» с момента Большого взрыва.

Согласно вычислениям и компьютерному моделированию, такие звезды из-за слабой интенсивности термоядерных реакций могут спокойно сжигать водород от десятков миллиардов до десятков триллионов лет, а в конце своего пути, вероятно, потухнут так же, как коричневые карлики.

Авторское представление об экзопланете, вращающейся вокруг красного карлика GJ 1214 / ©ESO/L. Cal?ada

Звезды со средней массой от половины до десяти масс Солнца после выгорания водорода в центре оказываются способны сжигать более тяжелые химические элементы в своем составе – сначала гелий, затем углерод, кислород и далее, насколько повезло с массой, вплоть до железа-56 (изотоп железа, который иногда называют «пеплом термоядерного горения»).

Для таких звезд фаза, следующая за главной последовательностью, называется стадией красного гиганта. Запуск гелиевых термоядерных реакций, затем углеродных и т.д. каждый раз приводит к значительным трансформациям звезды.

В каком-то смысле это предсмертная агония. Звезда то расширяется в сотни раз и краснеет, то снова сжимается. Светимость тоже меняется – то в тысячи раз увеличивается, то снова уменьшается.

В конце этого процесса внешняя оболочка красного гиганта сбрасывается, образуя зрелищную планетарную туманность. В центре остается обнаженное ядро – белый гелиевый карлик с массой приблизительно в половину солнечной и радиусом, примерно равным радиусу Земли.

Белые карлики обладают судьбой, схожей с красными карликами – спокойное выгорание в течение миллиардов-триллионов лет, если, конечно, рядом нет звезды-компаньона, за счет которой белый карлик может увеличить свою массу.

Система KOI-256, состоящая из красного и белого карликов / ©NASA/JPL-Caltech

Экстремальная старость

Если звезде особенно повезло с массой, и она равна примерно 12 солнечным и более, то финальные стадии ее эволюции характеризуются значительно более экстремальными событиями.

Если масса ядра красного гиганта превышает предел Чандрасекара, равный 1,44 солнечной массы, то звезда не просто сбрасывают свою оболочку в финале, но высвобождает скопившуюся энергию в мощнейшем термоядерном взрыве – сверхновой.

В сердце остатков сверхновой, разбрасывающей звездное вещество с огромной силой на многие световые годы вокруг, остается в этом случае уже не белый карлик, а сверхплотная нейтронная звезда, радиусом всего в 10-20 километров.

Однако если масса красного гиганта больше 30 солнечных масс (вернее, уже сверхгиганта), а масса его ядра превышает предел Оппенгеймера-Волкова, равный примерно 2,5-3 массам Солнца, то не образуется уже ни белый карлик, ни нейтронная звезда.

В центре останков сверхновой появляется нечто куда более впечатляющее – черная дыра, так как ядро взорвавшейся звезды сжимается настолько сильно, что коллапсировать начинают даже нейтроны, и больше уже ничто, включая свет, не может покинуть пределов новорожденной черной дыры – вернее, ее горизонта событий.

Особо массивные звезды – голубые сверхгиганты – могут миновать стадию красного сверхгиганта и также взорваться в сверхновой.

Сверхновая SN 1994D в галактике NGC 4526 (яркая точка в нижнем левом углу) / ©NASA

А что ждет наше Солнце?

Солнце относится к звездам средней массы, так что если вы внимательно читали предыдущую часть статьи, то уже сами можете предсказать, на каком именно пути находится наша звезда.

Однако человечество еще до превращения Солнца в красного гиганта ждет ряд астрономических потрясений.

Жизнь на Земле станет невозможна уже через миллиард лет, когда интенсивность термоядерных реакций в центре Солнца станет достаточной, чтобы испарить земные океаны.

Параллельно с этим условия для жизни на Марсе будут улучшаться, что в определенный момент может сделать его пригодным для обитания.

Примерно через 7 миллиардов лет Солнце разогреется достаточно, чтобы термоядерная реакция была запущена в его внешних областях. Радиус Солнца увеличится примерно в 250 раз, а светимость в 2700 раз – произойдет превращение в красного гиганта.

Из-за усилившегося солнечного ветра звезда на этом этапе потеряет до трети своей массы, однако успеет поглотить Меркурий.

Масса солнечного ядра за счет выгорания водорода вокруг него увеличится затем настолько, что произойдет так называемая гелиевая вспышка, и начнется термоядерный синтез ядер гелия в углерод и кислород. Радиус звезды значительно уменьшится, до 11 стандартных солнечных.

Солнечная активность / ©NASA/Goddard/SDO

Однако уже 100 миллионов лет спустя реакция с гелием перейдет на внешние области звезды, и та снова увеличится до размеров, светимости и радиуса красного гиганта.

Солнечный ветер на этой стадии станет настолько сильным, что унесет внешние области звезды в космическое пространство, и они образуют обширную планетарную туманность.

А там, где было Солнце, останется белый карлик размером с Землю. Сначала крайне яркий, но с течением времени все более и более тусклый.

Источник: https://naked-science.ru/article/nakedscience/the-life-and-death-of-stars

Эволюция звезд, планет и галактик, этапы и стадии рождения, учение о происхождении, стадии и фазы процесса термоядерного синтеза

Каждый из нас обязательно хотя бы раз смотрел на звездное небо. Кто-то смотрел на эту красоту, испытывая романтические чувства и ощущения, кто-то наоборот, пытался понять, откуда берется вся эта красота. Жизнь в космосе в отличие от жизни на нашей планете течет по другим законам.

Читайте также:  Астероид эрос - все о космосе

Время в космическом пространстве измеряется другими категориями, учитывая колоссальные расстояния и размеры Вселенной. Мы не задумываемся над тем, что на наших глазах постоянно происходит эволюция галактик и звезд. Каждый объект в бескрайнем космосе является следствием определенным физических процессов.

У галактик, у звезд и даже у планет имеются основные фазы развития, которые характеризуют природу происхождения объектов и их последующее существование.

Звездное небо

Происхождение, рождение и эволюция звезд: теория и практика

Эволюция звезд и планет, населяющих нашу галактику Млечный Путь и всю Вселенную, в большинстве случаев одинакова. В космосе незыблемо действуют законы физики, которыми следует руководствоваться, рассматривая происхождение космических объектов.

Опираться в данном случае можно на теорию Большого Взрыва, которая сейчас является доминирующей в истории с созданием Вселенной. Событие, потрясшее мироздание и приведшее к формированию вселенной, по космическим меркам молниеносно. От рождения звезды до ее гибели проходят мгновения.

Огромные расстояния создают иллюзию постоянства Вселенной, хотя на самом деле все очень быстротечно и стремительно. Вспыхнувшая звезда светит нам миллиарды лет, в то время ее уже может и не быть.

Теория Большого взрыва

Изучая жизненный цикл звезд можно на примере нашей звезды. Солнце – одна из сотни триллионов звезд, которые находятся в нашем поле зрения. К тому же расстояние от Земли до Солнца в 150 млн. км.

предоставляет уникальную возможность изучить весь процесс, не покидая пределы солнечной системы.

Полученная информация позволит детально разобраться с тем, как устроены другие звезды, как быстро эти гигантские источники тепла истощаются, какое развитие у звезды, прежде чем начнет истощаться газ, какой будет финал этой блистательной жизни — тихий или сверкающий, молниеносный.

После Взрыва мельчайшие частицы сформировали межзвездные облака, которые стали роддомом для миллиардов, триллионов звезд. Характерно, что все звезды рождались примерно в одно и то же время в результате сжатия и расширения.

Сжатие в облаках космического газа возникало под воздействием собственной гравитации и под влиянием аналогичных процессов, связанных с образованием новых звезд по соседству.

Расширение возникло в результате внутреннего давления межзвездного газа и под действием магнитных полей внутри газового облака. При этом облако свободно вращается вокруг своего центра масс.

Газовое облако

Облака газа, образовавшиеся после взрыва, на 98% состоят из атомарного и молекулярного водорода и гелия. Только 2% в этом массиве приходится на пылевые и твердые микроскопические частицы. Ранее считалось, что в центре любой звезды лежит ядро железа, раскаленного до температуры в миллион градусов. Именно этим аспектом и объяснялась гигантская масса светила.

В этой борьбе преобладали силы сжатия, так как свет, возникающий в результате выделения энергии, не проникает внутрь газового облака. Свет вместе с частью выделяемой энергии распространяется наружу, создавая внутри плотного скопления газа минусовую температуру и зону низкого давления.

Находясь в таком состоянии, космический газ стремительно сжимается, влияние сил гравитационного притяжения приводит к тому, что частицы начинают формировать звездное вещество. Когда скопление газа плотное, интенсивное сжатие приводит к тому, что образуются звездное скопление.

Когда размеры газового облака незначительны, сжатие приводит к образованию одиночной звезды.

Образование одиночной звезды

Краткая характеристика происходящего заключается в том, что будущее светило проходит два этапа — быстрое и медленное сжатие до состояния протозвезды. Говоря простым и понятным языком: быстрое сжатие является падением звездного вещества к центру протозвезды. Медленное сжатие осуществляется уже на фоне образовавшегося центра протозвезды.

В течение последующих сотен тысяч лет новое образование сокращается в размерах, его плотность увеличивается в миллионы раз. Постепенно протозвезда становится непрозрачной из-за высокой плотности звездного вещества, а продолжающееся сжатие запускает механизм внутренних реакций.

Рост внутреннего давления и температур приводит к образованию у будущей звезды собственного центра тяжести.

Размеры и плотность звезд

Под воздействием огромного давления и температуры приблизительно в 100 миллионов К, начинаются термоядерные реакции водородного цикла. Сжатие прекращается, масса объекта возрастает, когда энергия гравитации переходит в термоядерное горение водорода. С этого момента новая звезда, излучая энергию, начинает терять в массе.

Предложенный вариант образования звезды — только примитивная схема, которая описывает начальный этап эволюции и рождения звезды.

Сегодня такие процессы в нашей галактике и во Вселенной в целом практически незаметны ввиду интенсивного истощения звездного материала.

За всю сознательную историю наблюдений за нашей Галактикой были лишь единичные появления новых звезд. В масштабах Вселенной эта цифра может быть увеличена в сотни, в тысячи раз.

Большую часть своей жизни протозвезды скрыты от человеческого глаза пылевой оболочкой. Излучение ядра можно наблюдать только в инфракрасном диапазоне, который является единственной возможностью видеть рождение звезды.

К примеру, в Туманности Ориона в 1967 году ученые-астрофизики в инфракрасном диапазоне обнаружили новую звезду, температура излучения которой составляла 700 градусов Кельвина.

Впоследствии выяснилось, что местом рождения протозвезд являются компактные источники, которые имеются не только в нашей галактике, но и в других отдаленных от нас уголках Вселенной. Помимо инфракрасного излучения места рождения новых звезд отмечены интенсивными радиосигналами.

Процесс изучения и схема эволюции звезд

Весь процесс познания звезд можно разделить условно на несколько этапов. В самом начале следует определить расстояние до звезды. Информация о том, как далеко от нас находится звезда, сколько идет от нее свет, дает представление о том, что происходило со светилом на протяжении всего этого времени.

После того, как человек научился измерять расстояние до далеких звезд, стало ясно, что звезды – это то же самое Солнце, только разных размеров и с разной судьбой.

Зная расстояние до звезды, по уровню света и количеству излучаемой энергии можно проследить процесс термоядерного синтеза выделяющей энергию звезды.

Термоядерный синтез на Солнце

Вслед за определением расстояния до звезды, можно с помощью спектрального анализа определить химический состав светила и узнать его структуру и возраст. Благодаря появлению спектрографа у ученых проявилась возможность изучить природу света звезд. Этим прибором, можно определить и измерить газовый состав звездного вещества, которым обладает звезда на разных этапах своего существования.

Звездное вещество состоит из тех же химических элементов, вплоть до железа, что и наша планета. Разница только в количестве тех или иных элементов и в процессах, происходящих на Солнце и внутри земной тверди. Это и отличает звезды от других объектов во Вселенной.

Происхождение звезд следует рассматривать в контексте другой науки — квантовой механики. По этой теории материя, которая определяет звездное вещество, состоит из постоянно делящихся атомов и элементарных частиц, создающих свой микромир.

В этом свете вызывает интерес структура, состав, строение и эволюция звезд. Как выяснилось, основная масса нашей звезды и многих других звезд приходится всего на два элемента — водород и гелий.

Теоретическая модель, описывающая строение звезды, позволит понять их строение и главное отличие от других космических объектов.

Состав звезды

Главная особенность заключается в том, что все объекты во Вселенной имеют определенный размер и форму, тогда как звезда может по мере своего развития менять размер. Горячий газ, несмотря на высокую плотность, представляет собой соединение атомов, слабо связанных друг с другом.

Через миллионы лет после формирования звезды начинается остывание поверхностного слоя звездного вещества. Большую часть своей энергии звезда отдает в космическое пространство, уменьшаясь или увеличиваясь в размерах.

Передача тепла и энергии происходит из внутренних областей звезды к поверхности оказывая влияние на интенсивность излучения. Другими словами, одна и та же звезда в разные периоды своего существования выглядит по-разному.

Термоядерные процессы на основе реакций водородного цикла способствуют превращению легких атомов водорода в более тяжелые элементы, превращаясь в гелий и в углерод. По мнению астрофизиков и ученых-ядерщиков, подобная термоядерная реакция является самой эффективной по количеству выделяемого тепла.

Почему же термоядерный синтез ядра не заканчивается взрывом такого реактора? Все дело в том, что силы гравитационного поля в нем могут удерживать звездное вещество в пределах одного объема.

Из этого можно сделать однозначный вывод: любая звезда представляет собой массивное тело, которое сохраняет свои размеры благодаря балансу между силами гравитации и энергией термоядерных реакций.

Результатом такой идеальной природной модели является источник тепла, способный работать длительное время. Как долго продолжается этот процесс, судить трудно. Предположительно считается, что первые формы жизни на Земле появились 3 млрд. лет назад.

Солнце в те далекие времена грело нашу планету так же, как и сейчас. Следовательно, наша звезда мало чем изменилась. Это, несмотря на то, что масштабы излучаемого тепла и солнечной энергии колоссальны — более 3-4 млн. тонн каждую секунду.

Выбросы Солнца

Стадии эволюции звезд

Большинство звезд в нашей Вселенной – это нормальные звезды. Все они пребывают в главной последовательности. Положение светила в таком случае находится в зависимости от исходной массы звезды и ее химического состава.

Пока в ядре сосредоточены основные запасы водорода, звезда пребывает в главной последовательности. Как только наметилась тенденция на увеличение размеров звезды, значит, иссяк основной источник для термоядерного синтеза.

Начался длительный финальный путь трансформации звезды.

Эволюция нормальных звезд

Образовавшиеся во Вселенной светила изначально делятся на три, самых распространенных типа:

  • нормальные звезды (желтые карлики);
  • звезды-карлики;
  • звезды-гиганты.

Звезды с малой массой — карлики медленно сжигают запасы водорода и проживают свою жизнь достаточно спокойно.

Читайте также:  Цефеиды - все о космосе

Нормальные звезды, которых большинство во Вселенной и к которым относится наша звезда, – это желтые карлики. С наступлением старости желтый карлик становится красным гигантом или сверхгигантом. Финальный этап эволюции зависит от исходной массы звезды и может иметь три варианта развития:

  1. Красный гигант становится белым карликом;
  2. Красный гигант превращается в нейтронную звезду;
  3. Образование на месте красного гиганта черной дыры.

Процесс образования нейтронной звезды

Исходя из теории происхождения звезд, становится ясно, что процесс формирования звезд во Вселенной не закончился. Самые яркие звезды в нашей галактике являются не только самыми крупными, в сравнении с Солнцем, но и самыми молодыми. Астрофизики и астрономы называют такие звезды голубыми сверхгигантами.

В конце концов, их ожидает одна и та же участь, которую переживают триллионы других звезд. Сначала стремительное рождение, блистательная и ярая жизнь, после которой наступает период медленного затухания.

Звезды такого размера как Солнце имеют продолжительный жизненный цикл, находясь в главной последовательности в средней ее части.

Главная последовательность

Используя данные о массе звезды, можно предположить ее эволюционный путь развития. Наглядная иллюстрация данной теории — эволюция нашей звезды. Ничего не бывает вечного.

В результате термоядерного синтеза водород превращается в гелий, следовательно, его первоначальные запасы расходуются и уменьшаются. Когда-то очень не скоро эти запасы закончатся. Судя по тому, что наше Солнце продолжает светить уже более 5 млрд.

лет, не меняясь в своих размерах, зрелый возраст звезды еще может продлиться примерно такой же период.

Красный гигант

Запасов водорода и гелия в этой части звезды хватит еще на многие годы. Это в свою очередь приведет к увеличению интенсивность излучения, к увеличению размеров оболочки и размеров самой звезды. Как следствие, наше Солнце станет очень большим.

Если представить эту картину через десятки миллиардов лет, то вместо ослепительного яркого диска на небе будет висеть жаркий красный диск гигантских размеров.

Красные гиганты — это фаза эволюции звезды, ее переходное состояние в разряд переменных звезд.

Финальные стадии эволюции звезд

Достигнув фазы красного гиганта, нормальная звезда под влиянием гравитационных процессов становится белым карликом. Если масса звезды примерно равна массе нашего Солнца, все основные процессы в ней будут происходить спокойно, без импульсов и взрывных реакций. Белый карлик будет умирать долго, выгорая дотла.

В случаях, когда звезда изначально имела массу больше солнечной в 1,4 раза, белый карлик не будет финальной стадией. При большой массе внутри звезды начинаются процессы уплотнения звездного вещества на атомном, молекулярном уровне. Протоны превращаются в нейтроны, плотность звезды увеличивается, а ее размеры стремительно уменьшаются.

Нейтронная звезда

В том случае, если мы имели изначально дело со звездой большой массы, финальный этап эволюции принимает другие формы. Финальный этап эволюции массивной звезды – черная дыра — объект с неизученной природой и непредсказуемым поведением. Огромная масса звезды способствует увеличению гравитационных сил, приводящих в движение силы сжатия.

Приостановить этот процесс не представляется возможным. Плотность материи растет до тех пор, пока не превращается в бесконечность, образуя сингулярное пространство (теория относительности Эйнштейна). Радиус такой звезды в конечном итоге станет равен нулю, став черной дырой в космическом пространстве.

Черных дыр было бы значительно больше, если бы в космосе большую часть пространства занимали массивные и сверхмассивные звезды.

Черная дыра

Рождение сверхновой – самая впечатляющая финальная стадия эволюции звезд. Здесь присутствует естественный закон природы: прекращение существование одного тела дает начало новой жизни. Период такого цикла, как рождение сверхновой, в основном касается массивных звезд.

Израсходовавшиеся запасы водорода приводят к тому, что в процесс термоядерного синтеза включается гелий и углерод. В результате этой реакции давление снова растет, а в центре звезды образуется ядро железа.

Под воздействием сильнейших гравитационных сил центр массы смещается в центральную часть звезды. Ядро становится настолько тяжелым, что неспособно противостоять собственной гравитации. Как следствие, начинается стремительное расширение ядра, приводящее к мгновенному взрыву.

Рождение сверхновой — это взрыв, ударная волна чудовищной силы, яркая вспышка в бескрайних просторах Вселенной.

Взрыв сверхновой

Следует отметить, что наше Солнце не является массивной звездой, поэтому подобная судьба ее не грозит, не стоит бояться такого финала и нашей планете. В большинстве случаев взрывы сверхновых происходят в далеких галактиках, с чем и связано их достаточно редкое обнаружение.

В заключение

Эволюция звезд — это процесс, который растянут по времени на десятки миллиардов лет. Наше представление о происходящих процессах — всего лишь математическая и физическая модель, теория.

Земное время является лишь мгновением в огромном временном цикле, которым живет наша Вселенная.

Мы можем только наблюдать то, что происходило миллиарды лет назад и предполагать, с чем могут столкнуться последующие поколения землян.

Источник: https://MilitaryArms.ru/kosmos/ehvolyuciya-zvezd/

Интересные факты о звездах Вселенной

Объекты глубокого космоса > Звезды > Интересные факты о звездах Вселенной

Вы уверены, что вам известно все об этих формированиях? Нижеописанная информация способна освежить память или удивить.

Наш огненный шар – не только источник жизни в системе, но и типичная звезда Вселенной, удаленная на 150 миллионов км. Это желтый карлик (G2), пребывающий в этапе главной последовательности. На сжигание водородного запаса уйдет еще 4.

5 миллиардов лет, и просуществует еще 7 миллиардов лет. Когда топливо полностью иссякнет, трансформируется в красного гиганта. Процесс заставит его увеличивать размер, поглощая ближайшие планеты.

Да, Земля тоже может попасть под раздачу.

Звезды бывают различных типов и классификаций, но все они рождаются из холодного молекулярного водорода, разрушающегося из-за гравитационного воздействия. В этом процессе газ разбивается на несколько частей, которые в будущем станут полноценными звездами. Материал скапливается в шарообразную форму, и все еще разрушается, пока не активирует ядерный синтез на территории ядра.

Речь идет о первоначальном газе, появившемся с момента Большого Взрыва (74% – водород и 25% – гелий). Стандартное соотношение: ¾ водорода и ¼ гелия. Но в процессе развития звезды трансформируют водород в гелий. Именно поэтому современное соотношение у Солнца – 70% водорода и 29% гелия (небольшой процент уходит на другие микроэлементы).

Конечно, вы этого не замечаете, но звезды ежесекундно переживают конфликт. Существует общая сила тяжести, которая заставляет их втягиваться. При таком механизме звезда должна всасываться в себя, пока не превратится в маленькую точку, как это происходит у нейтронного типа.

Но существует противовес в виде света. Ядерный синтез генерирует колоссальный энергетический запас. Фотоны постоянно рвутся наружу. Увеличивая яркость, звезда расширяет и свой размер, перевоплощаясь в красный гигант.

Как только давление заканчивается, они разрушаются до белого карлика.

Если вы разделили все звездные типы по кучкам, то наибольшая – красные карлики. Их масса достигает меньше половины солнечной (некоторые – 7.5%).

Если показатели ниже, то у нее не хватит давления гравитации, чтобы повысить температуру и запустить ядерный синтез (коричневые карлики). Расходуют меньше 1/10000-й солнечных энергетических запасов.

Они могут светить 10 триллионов лет, пока закончится весь водород.

Вы могли заметить, что звезды отличаются по цвету. Наиболее холодными считаются красные (3500 Кельвинов). Желто-белые (как Солнце) достигают 6000 Кельвинов. А максимальной накаленности добиваются синие – 12000 Кельвинов и выше. Так что, температура и звездный окрас тесно связаны. А вот температурные показатели будут зависеть от массы.

Чем больше, тем крупнее ядро и тем масштабнее пройдет ядерный синтез. Однако, не стоит забывать о красных гигантах, которые не вписываются в это правило. Такая звезда может выглядеть по размерам как Солнце, но просуществовать в виде белой звезды. Но однажды она начинает расширяться и набирает яркости.

А вот голубая всегда будет массивной и горячей.

Кажется, что все они одиночки, но среди них очень много парных структур. Мы говорим о двойных звездах, в которых существует общий центр тяжести. Но это не предел. Можно встретить по 3-4 звезды. Подумайте, насколько ярким был бы рассвет, если вас будит на одно, а, например, 4 солнца.

В пределах нашей системы Солнце кажется настоящим монстром. Но во Вселенной можно найти реальных сверхгигантов, которые с легкостью уничтожат нашу скромную звезду.

Вспомним Бетельгейзе (созвездие Ориона), которая превосходит массу нашей звезды в 20 раз и в 1000 раз крупнее. Но и это не предел. Первая по величине – VY Большого Пса, которая в 1800 раз крупнее Солнца.

Она бы с легкостью вместилась в орбиту Сатурна!

К сожалению, век гигантов не так велик. Они могут вырабатывать колоссальное количество энергии и устрашать размерами. Например, в 8000 световых годах проживает Эта Киля, чья масса приравнивается к 150 солнечным, а энергии в 4 миллиона раз больше.

Но, пока скромное Солнце будет тихонько доживать свои миллиарды лет, Эта Килю остались лишь миллионы. Буквально в любое мгновение она может взорваться в виде сверхновой. Свет будет настолько сильным, что некоторое время сравняет день с ночью на Земле.

Только наша галактика насчитывает 200-400 миллиардов. И у каждой может быть планетарная система, а где-то даже планета с жизнью, подобной нам. Но суть в том, что во Вселенной существуют 500 миллиардов галактик. Просто умножьте эти цифры и поймете, что в пространстве могут сосуществовать 2 х 1023 звезд.

Хотя их много, нам доступна лишь определенная часть. Самая близкая расположена в 4.2 световых годах – Проксима Центавра. Как долго к ней лететь? Ну, если вы располагаете максимально быстрым кораблем из современных, то 70000 лет. К сожалению, межзвездные путешествия для нас пока не доступны.

Источник: http://v-kosmose.com/zvezdyi-vselennoi/interesnyie-faktyi/

Ссылка на основную публикацию