Жизнь звезд

Виртуальная встреча клуба «Вокруг периодики»

 

В современных мегаполисах люди почти лишены зрелища ночного неба. Но если удастся сбежать куда-то дальше за город, открывается невероятно красивое зрелище – крохотные светящиеся точки на небе, которые издавна очаровывали людей, пробуждали их вдохновение. Эти крошечные светящиеся точки – звезды. Но что такое звезды? Откуда они появляются? Когда исчезают? Именно об этом с помощью журналов «Знание-сила», «Машины и механизмы», «Наука и жизнь» сегодня расскажет вам клуб «Вокруг периодики».

Что такое звезда? Звезда – это гигантский газовый шар. Газ в ней настолько горячий, что он светится. Тогда почему, если звезда сделана из газа, он не рассеивается? Ответить на этот вопрос нам поможет статья «Рождение звезд» из журнала «Знание-сила» за февраль 2019.

Автор статьи – Дмитрий Зигфридович Вибе – российский астроном и популяризатор науки, доктор физико-математических наук, заведующий отделом физики и эволюции звёзд Института астрономии РАН, профессор РАН. В ней можно узнать об ученых, сделавших важные открытия в изучении звезд и истории этой науки, об исследованиях, которые проводят в наше время, и ответить на вопрос «Как же рождаются звезды?»

Каждая звезда следуют одному и тому же циклу рождения и смерти. В эти этапы входит – газопылевое облако (сырье), протозвезда (рождение), главная последовательность (взрослость), смерть.

На первом этапе существуют газ и пыль, которые есть по всей Вселенной и присутствуют почти в каждой галактике. Эти газ и пыль просто находятся там, ничего не делая. Но нормальное состояние газа и пыли может быть гравитационно нарушено внешним событием, таким как летящая комета или взрыв сверхновой где-то близко. Так начинается процесс образования звезд. Неожиданное гравитационное возбуждение заставляет газы и пыль соединяться друг с другом, образуя огромные облака – туманности. Одна туманность может растягиваться на сотни и тысячи световых лет. Эти туманности нередко называют «звездными питомниками». То есть звезды образуются внутри этих громадных облаков.

Газопылевое облако

На следующем этапе внутри ранее созданной туманности то и дело возникают турбулентности, из-за которых создаются скопления большого количества газов и пыли. Эти узлы начинают «тереть» друг друга из-за собственного гравитационного притяжения. Когда это сжатие продолжается, материал в центре начинает постепенно нагреваться. Это горячее ядро называется «Protostar» – оно располагается в самом центре сжимающегося облака, и однажды станет звездой. Протозвезда будет увеличиваться в течение какого-то времени, так как все больше и больше облаков будет тянуться к ней. В конечном итоге температура ядра также будет продолжать расти.

Протозвезда

Во время стадии главной последовательности, в определенный момент протозвезда достигнет критической температуры, когда атомы водорода начнут плавиться, образуя атомы гелия. Это называется «реакцией синтеза». Во время реакции синтеза выделяется большое количество энергии. Комбинация газа и пыли продолжается до тех пор, пока энергия, выделяемая в результате реакции синтеза, не становится равной гравитационному притяжению в ядре. Это состояние называется «состоянием гидростатического равновесия», и протозвезда становится так называемой «Звездой главной последовательности». Так начинается жизнь звезды.

На последнем этапе у звезды начинается довольно интересная часть жизни. Угасание звезды начинается с фазы, в которой весь водород, присутствующий в ядре, сгорает с образованием гелия. Когда в ядре больше не остается водорода, реакция ядерного синтеза останавливается. Звезда больше ни чем не может поддержать свою жизнь. Гидростатическое равновесие нарушается, ядро звезды начинает коллапсировать, а его температура повышается. В то же время за пределами ядра звезда может еще содержать водород. Это означает, что реакция синтеза будет продолжаться в оболочке. Выделяемая ему энергия заставит оболочку расшириться. В то же время внешние слои будут выталкиваться все более горячим ядром. По мере того, как оболочка продолжит расширяться, она также будет и остывать. В результате звезда превратится в так называемого «красного гиганта».

Если умирающая звезда очень массивна, то ее сжимающееся ядро достаточно велико, чтобы вызвать другие реакции ядерного синтеза. Это означает, что гелий в схлопывающемся ядре будет сливаться вместе с образованием более тяжелых элементов, таких, как, например, железо. Но подобные реакции ядерного синтеза не очень стабильны. Редко ядро сгорает или просто затухает. Эта нестабильность в конечном итоге приводит к пульсации всей звезды. Затем пульсирующая звезда сбрасывает свой расширенный внешний слой, образуя кокон из пыли и газа вокруг ядра. Дальнейшее развитие звезды зависти от ее массы.

Узнать дальнейшую судьбу нам поможет журнал «Машины и механизмы» за апрель 2017. В статье под названием «Звездное семейство» дана классификация звезд, разработанная астрономами Эйнаром Герцшпрунгом и Генри Расселом.

Первые в этой классификации – это желтые карлики. К такой разновидности относятся Солнце и светила, относительно равные ему по массе, диаметру и температуре. Согласно данным фотометрии, у них желтый цвет, но для человеческого глаза они белые. Желтый карлик тратит запасы водорода примерно десять миллиардов лет, после чего сильно увеличивается и становиться красным гигантом.

Желтый карлик

Далее идут красные карлики. Это звезды с самой низкой температурой. Вопреки названию, они испускают слабо-оранжевый или охристо-желтый цвет. Продолжительность жизни таких звезд очень велика и колеблется от десяти миллиардов до десяти триллионов лет – они очень бережливы в плане расходования энергии. Красные карлики не используют гелий в термоядерных реакциях, поэтому вместо красных гигантов они превращаться в горячих голубых или белых карликов. Пока, правда, красные карлики ещё не проделали этот путь и продолжают находиться в главной последовательности – с момента Большого взрыва прошло относительно не так много времени. По сравнению с другими светилами красные карлики достаточно нестандартны. Во-первых, на них возможно развитие простейшей жизни, а во-вторых, как показали недавние исследования, вокруг некоторых из них обращаются экзопланеты и даже планеты земного типа. Красные карлики немного активнее Солнца, что может вызвать опасные мощные вспышки на вращающихся вокруг них планетах.

Красный карлик

Голубой карлик – звезда с самой высокой температурой, а ее истинный и видимый цвета совпадают. Этот тип звезд пока только гипотетическая вариация изменения красных карликов, но на данный момент, из-за низкой скорости сжигания водорода еще не произошла ни одна подобная трансформация. Также предполагается, что после исчерпания запасов водорода уже голубой карлик должен превратиться в белый.

Голубой карлик

Белые карлики абсолютно лишены собственной термоядерной энергии. Их масса не больше, чем 1,4 массы Солнца, но вот диаметр в несколько сотен раз меньше. В ходе эволюции звезда уменьшается в сотни раз, а ее плотность начинает превышать плотность воды в миллионы раз – вот тогда такое светило можно назвать белым карликом. Из-за того, что у такой звезды нет своих источников энергии, со временем она остывает и становиться полностью невидимой. По этой причине науке ещё сложно узнать приблизительное количество белых карликов, а белый карлик в итоге своего равномерного остывания должен стать черным.

Белый карлик

Коричневый карлик – есть версия, что это субзвездный объект, и долгое время они рассматривались только гипотетически. Сначала будучи «предсказанными», они доказали свое существование в 1995 году. На данный момент звезд такого типа открыто довольно много. Особенность звезды состоит в том, что в ее ядре не действует термоядерная реакция, отчего звезда не нагревается, а лишь очень-очень медленно остывает. Некоторые из этих светил имеют спутники.

Коричневый карлик

Следующая классификация – это красные гиганты. Эти звезды покидают главную последовательность, когда используют все запасы водорода. Их температура приблизительно такая же, как у красных карликов, но по размеру и светимости они другие – больше и ярче. По размеру красный гигант схож с солнцем, но заменить наше светило у него бы не получилось. А все потому, что своей атмосферой красный гигант «поглотил» бы планеты солнечной системы.

Красный гигант

Голубой гигант – массивная молодая и горячая звезда, светимость которой превышает солнечную в десятки тысяч раз, а масса в десять или двадцать раз. Эти звезды проживают относительно непродолжительную жизнь, потому что довольно быстро растрачивают свое термоядерное топливо.

Голубой гигант

И последняя классификация – сверхгиганты. У звезд этого класса все показатели выше, чем у гигантов. Это самый редкий вид светил.

Сверхгигант «Бетельгейзе»

Теперь, когда мы узнали, что такое звезда, из чего она состоит, как рождается и умирает – можно подумать, что мы узнали все. Но мы ещё далеки от этого, ведь космос – это вечная загадка для человечества.

Больше об этих потрясающих небесных телах вы сможете узнать из статей журналов «Знание-сила», «Наука и жизнь», «Машины и механизмы». Вся периодика ждет вас в Центральной библиотеке им. А. С. Пушкина. С журналами вы сможете ознакомиться как в стенах самой библиотеки, так и взять почитать домой.

 

Источники:

1. Вартбург, М. В далеком созвездии Тау-Кита… / М. Вартбург // Знание-сила. – 2013. – №10. – С. 14-15.

2. Вибе, Д. З. Рождение звезд / Д. З. Вибе // Знание-сила. – 2019. – №2. – С. 47-57.

3. Волков, А. Большое путешествие к Альфа Центавре / А. Волков // Знание-сила. – 2017. – №1. – С. 57-63.

4. Звездное семейство // Машины и механизмы. – 2017. – №4. – С. 34-39.

5. Амнуэль, П. А. Почему взрываются звезды? / П. А. Амнуэль // Наука и жизнь. – 2020. – №4. – С. 81-89.

6. Амнуэль, П. А. Почему светят звезды? / П. А. Амнуэль // Наука и жизнь. – 2020. – №1. – С. 81-87.

7. Понятов, А. Самая старая звезда галактики / А. Понятов // Наука и жизнь. – 2019. – №1. – С. 5

 

Ольга Шутова, Центральная библиотека им. А.С. Пушкина