по популярности / по алфавиту

эксперт
Научные и НФ-комиксы на Реакторе

Михаил Заславский: Парадоксальный взгляд комиксиста может подтолкнуть ученых к открытию

«Взрослые и увлекательные комиксы будут следовать за главными событиями науки и дополнят картину мира для интеллектуалов»

подробнее

ЗВЁЗДНЫЙ ВЕТЕР / За сценой

ПУТЕВОДИТЕЛЬ ПО ТЕМНОЙ МАТЕРИИ / Полная загрузка

СЕКРЕТНАЯ ГИДРОДИНАМИКА / погружение в тему

БОЛЬШОЙ БРАТ СЛЕДИТ ЗА ТОБОЙ / Ответы на вопросы читателей портала reactor.space

БОЛЬШОЙ БРАТ СЛЕДИТ ЗА ТОБОЙ / Как компьютеры видят мир

ПУТЕВОДИТЕЛЬ ПО ТЕМНОЙ МАТЕРИИ / Часть вторая

Как умирают звезды

Как умирают звезды

Автор:

Фото: NASA, ESA, Arizona State University

Дата : 03.04.2017 19:40

Большая часть наблюдаемой материи сосредоточена в звездах, остальная (межзвездный газ и пыль) рассеяна по всей Галактике. Вспышки сверхновых, черные дыры, нейтронные звезды и другие потрясающие явления связаны с гибелью звезд. Этот разрушительный процесс служит источником вещества для формирования планет и других звезд. Карл Саган писал в книге «Космос», что все мы состоим из звездного вещества, что мы – «звездное вещество, размышляющее о звездах».

Жизненный путь звезды

Рассмотрим кратко эволюционный путь звезды. Постепенное гравитационное сжатие газопылевого облака приводит к возникновению протозвезды. Дальнейшая аккреция (падение) вещества на протозвезду увеличивает ее массу и светимость, с ростом которых увеличивается ее излучение, останавливающее аккрецию и «сдувающее» остатки оболочки, не успевшие упасть на протозвезду.

Если протозвезда успела накопить достаточное количество массы, в этот момент возникают условия для протекания ядерных реакций, компенсирующих потери на излучение, и начинается вторая фаза эволюции звезды. Если массы недостаточно, то звезда предварительно проходит стадию кельвиновского сжатия, во время которого увеличивается температура и давление в ее ядре. Сжатие происходит до определенного момента и заканчивается с началом горения водорода, компенсирующего силы сжатия, и звезда приходит в состояние гидростатического равновесия. Так, при некотором увеличении температуры в ядре, скорость ядерных реакций увеличивается, давление также увеличивается, и звезда расширяется, что приводит к уменьшению давления и температуры и снижению скорости ядерных реакций. Звезда занимает место на диаграмме Герцшпрунга-Рессела на диагонали главной последовательности в зависимости от температуры и светимости.

Диаграмма Герцшпрунга-Рессела звезд Млечного пути. Иллюстрация: ESO.

Скорость эволюции и ее конечный этап зависит в первую очередь от массы звезды. Самые массивные звезды образуются за 100 тысяч лет, а в стадии главной последовательности проводят до десяти миллионов лет. Наше Солнце проживет почти десять миллиардов лет. А коричневые карлики до сих пор находятся в стадии кельвиновского сжатия и не запустили ядерные реакции.

Гиганты космоса

Красный гигант в созвездии Скульптора.

Со временем в ходе термоядерных реакций в ядре накапливается гелий, и горение водорода происходит в прослойке между ядром и оболочкой. При этом звезда сильно расширяется и становится красным гигантом. В момент, когда загорается гелий, а это происходит при температуре 200 миллионов Кельвинов, происходит гелиевая вспышка, сопровождающаяся потерей вещества. Сброшенные оболочки красных гигантов астрономы наблюдали издавна, по ошибке назвав их планетарными туманностями.

«Скучные» звезды

Белые карлики образуются после потери красным гигантом оболочки, по сути это его ядро, в котором прекратились ядерные реакции. Их плотность многократно превышает плотность обычных звезд, достигая нескольких тонн на кубический сантиметр. Наше Солнце после стадии красного гиганта, разрушив Меркурий, Венеру и Землю, станет белым карликом. Разрушение близлежащих планет – закономерный процесс, имеющий свидетельства в других планетных системах.

Белый карлик состоит из вырожденного газа, поэтому есть предел для его массы – предел Чандрасекара. Если масса больше этого предела, равного 1,46 массы Солнца, вырожденный газ не в состоянии противостоять силам гравитационного сжатия и происходит коллапс и образование нейтронной звезды.

Невероятно плотные звезды

Нейтронная звезда Swift J1749.4-2807 (слева) в представлении художника. Иллюстрация: NASA/Goddard Space Flight Center.

Нейтронные звезды – самые плотные объекты во Вселенной. Самые массивные имеют размер сравнимый с размером большого города – порядка десяти километров. Под действием гравитации электроны вдавливаются в протоны и образуется нейтронная жидкость, еще способная сдерживать силы сжатия. Природа материи внутри нейтронной звезды до конца не ясна ученым, ее плотность близка к плотности ядер атомов, т.е. нейтроны вплотную прилегают друг к другу. Нейтронные звезды имеют чрезвычайно мощные магнитные поля, в миллиарды раз мощнее солнечного.

Сверхновые – ярче целой галактики

Сверхновая в представлении художника. Иллюстрация: Jin Ma/Beijing Planetarium.

Если масса звезды значительно больше солнечной, ее эволюция закончится катастрофически, а именно вспышкой сверхновой звезды. После исчерпания ядерного топлива происходит коллапс, приводящий к выделению колоссальной гравитационной энергии. Яркость вспышки может в миллиард раз превышать яркость Солнца и даже целой галактики. Коллапс вызывает разлет оболочки и выброс тяжелых элементов в межзвездную среду в виде остатка сверхновых.

Крабовидная туманность. Фото: NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University).

Самый известный остаток – Крабовидная туманность. Выбрасываемое вещество служит для строительства новых звезд и планет. Многие тяжелые элементы могут образоваться только в ходе вспышки сверхновой. После вспышки остается лишь ядро, и в зависимости от массы оно становится нейтронной звездой или черной дырой.

Самое темное место во Вселенной

Черная дыра Cygnus X-1 в представлении художника. Иллюстрация: NASA/CXC/M.Weiss.

Ничто не способно противостоять силам гравитационного сжатия, в случае если масса остатка сверхновой слишком большая (больше предельной массы нейтронной звезды – около 2-2,5 массы Солнца). И в результате коллапса образуется черная дыра. Ее радиус становится меньше гравитационного радиуса Шварцшильда, и даже свет не может ее покинуть. Черные дыры не имеют границы в привычном понимании этого слова. Вокруг нее существует некая область, называемая горизонтом событий, внутрь которой мы не можем заглянуть. Все что проходит сквозь горизонт событий обречено быть раздавленным и падать в гравитационный колодец черной дыры.

Понравилась заметка? Поделитесь —

Комментарии (0)

Добавить комментарий

Войти с помощью: