Жизнь и гибель звезд — Мир Знаний

Жизнь и гибель звезд

Все звезды обречены рано или поздно умереть. Продолжительность их жизни и особенности финала более всего зависят от массы светил в момент рождения.

Молодой канадский астроном фотографировал 23 февраля 1987 г. в обсерватории Серро-Тололо (Чили) одну из ближайших галактик. На проявленном снимке он заметил необычную звезду. Сопоставление с более ранними фотографиями не оставляло сомнений — это была сверхновая. Гибнущая звезда взорвалась с выделением чудовищного количества энергии. Обнаруженная сверхновая расположена сравнительно близко от Земли, на расстоянии около 170 тыс. световых лет. Астрономы следят за происходящими с ней изменениями при помощи наземных телескопов. Наблюдаемое по сей день увеличение размеров сверхновой говорит о необычайной силе взрыва.

Бурлящий котел в сердце звезды

Механизмы, вызвавшие взрыв сверхновой, включились в работу уже в момент рождения звезды. Все начинается с плотного облака газа, состоящего в основном из водорода, из которого формируются глобулы (небольшие газово-пылевые сгустки). Под действием сил тяготения происходит сжатие облака, и его вещество концентрируется вокруг центра притяжения. По мере того как вещество в центре сжимается, его температура и давление растут и достигают таких значений, что запускается термоядерная реакция слияния (синтеза) ядер атомов простейшего элемента, водорода. Тогда в действие вступают противостоящие силы: сила тяготения стремится уменьшить диаметр звезды, а ядерные силы — увеличить.

Устойчивое существование звезды зависит от равновесия между ними. На этом этапе в недрах звезды бурлит котел. Топливом служит водород, а продуктом его «сгорания» в ходе ядерного синтеза является гелий.

Когда в центральных областях весь водород выгорает и замещается гелием, ядро звезды сжимается и разогревается. Светило теряет равновесие. Давление и температура в центре продолжают расти, и к поверхности звезды поступает дополнительная энергия. В результате ее газовая оболочка (внешние слои) расширяется и увеличивается в диаметре в сотни раз. Как ни странно, рост температуры в центре сопровождается снижением ее на поверхности. Излучение звезды становится все более красным, и она превращается в красного гиганта.

Белый карлик

В ядре звезды, обреченной стать сверхновой, температура возрастает от 20 до 100 млн градусов, и сливаться начинают уже ядра гелия. Звезда снова меняется. Она проходит стадию, на которой в ее центре из ядер гелия синтезируется углерод, в то время как на периферии водород превращается в гелий. Когда в реакцию термоядерного синтеза вступает большое количество ядер гелия, происходит внезапная гелиевая вспышка.

Если масса звезды при рождении меньше, чем шесть солнечных масс, то процесс термоядерного синтеза на этом заканчивается, потому что для слияния ядер углерода энергии недостаточно. После стадии с очень высокой светимостью, когда звезда раздувается и превращается в красного гиганта, она сбрасывает свои внешние слои, очень слабо связанные с ядром. Из этой разреженной газовой оболочки, рассеивающейся в пространстве, образуется планетарная туманность. От центральной части звезды остается только белый карлик. Плотность этой карликовой звезды около 1 млн тонн/см³. Через несколько миллиардов лет она остывает и становится мертвым черным карликом.

Сверхновая

Более крупные звезды, масса которых в шесть и более раз превышает массу Солнца, ждет еще более драматический, но вместе с тем и эффектный финал. В результате реакций слияния ядер образуются все химические элементы, вплоть до железа. Оболочка такой звезды, раздувшейся до красного сверхгиганта, взрывается с выделением колоссального количества энергии и разлетается во все стороны. С Земли этот взрыв выглядит как очень яркая вспышка — кажется, что на небе загорелась новая звезда. Вот почему это явление называется рождением сверхновой. Через месяц-два она исчезает с небосвода. После взрыва ее остатки быстро сжимаются (коллапсируют). При этом на центр звезды с чудовищным давлением действуют силы тяготения. Будущее оставшегося ядра зависит от массы звезды.

Нейтронные звезды и черные дыры

Если ядро звезды меньше трех масс Солнца, оно продолжает сжиматься до тех пор, пока составные части атомных ядер не начнут взаимодействовать между собой. При очень высокой плотности электроны, соединяясь с протонами, образуют нейтральные частицы — нейтроны. Вскоре уже почти вся звезда состоит из одних нейтронов. Они так тесно прижаты друг к другу, что огромная звездная масса сосредоточивается в очень небольшом шаре радиусом несколько километров и сжатие останавливается. Плотность крохотной нейтронной звезды невероятно велика. Она составляет около 1 млрд тонн/см³. Благодаря высокой скорости вращения, когда звезда совершает один оборот вокруг своей оси за считаные миллисекунды, она превращается в своеобразный маяк колоссальной мощности, посылающий сигналы с постоянной частотой. Такие пульсирующие звезды получили название пульсаров.

Если звездное ядро больше трех солнечных масс, то его сжатие (гравитационный коллапс) не может прекратиться, потому что атомные ядра не в состоянии сопротивляться чудовищной силе тяготения. Гигантское звездное ядро сжимается до крайне малых размеров, становясь фантастически плотным. Поле его тяготения настолько сильное, что поглощает все, в том числе вещество соседних звезд и собственные световые волны. Астрономы называют подобного рода объекты черными дырами. Ничто, попавшее в черную дыру, уже не может преодолеть силу ее притяжения и вырваться наружу, даже излучаемый ею самой свет. Поэтому черные дыры невидимы. Обнаружить их можно лишь по светящемуся кольцу, которое образуют затягивающиеся в них газы.

ХРОНОЛОГИЯ ЖИЗНИ НЕБОЛЬШОЙ ЗВЕЗДЫ — СОЛНЦА

СтадияВремя
Рождение0
Окончание стабильного периода развития10 млрд лет
Начало стадии красного гиганта (жизнь на Земле больше невозможна)10,2 млрд лет
Гелиевая вспышка10,5 млрд лет
Звезда еще жива10,6 млрд лет
Сбрасывание газовой оболочки и смерть звезды (белый карлик)11 млрд лет
Окончание охлаждения белого карлика и его превращение в черного карлика100 млрд лет

Вам понравится

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Поделиться записью в соц. сетях