Рождение и эволюция звезд: гигантская фабрика вселенной

Рождение и эволюция звезд – гигантская фабрика Вселенной

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.

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

Наша планета и мы все напрямую зависим от нашего светила.

Как долго Солнце будет радовать нас своим теплом, вдыхать жизнь в солнечную систему? Что ждет нас в будущем через миллионы и миллиарды лет? В связи с этим, любопытно будет иметь представление о том, какие существуют этапы эволюции звезд, откуда берутся звезды и чем оканчивается жизнь этих чудесных огоньков в ночном небе.

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

Теория эволюции галактики и звезд является продолжением теории Большого Взрыва. Учение о рождении звезд и возникновении звездных систем отличается масштабами происходящего и временными рамками, которые, в отличие от Вселенной, достаточно просматриваются.

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.

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.

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.

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:

Красный гигант становится белым карликом;Красный гигант превращается в нейтронную звезду;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.

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

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: http://chert-poberi.ru/interestnoe/rozhdenie-i-evolyutsiya-zvezd-gigantskaya-fabrika-vselennoy.html

Строение и эволюция звезд, планет и галактики

Все небесные тела можно разделить на испускающие энергию – звезды, и не испускающие – планеты, кометы, метеориты, космическую пыль.

Звезды – это фабрики по производству химических элементов и источники света и жизни. На совре-менном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится преимущественно в звезд-ном состоянии.

97%  вещества в нашей Галактике сосредоточенно в звездах.

Галактика представляет собой гигантское скопление звезд и их систем, имеющие свой центр (ядро) и различную, не только сферическую, но часто спиралевидную, эллиптическую или вообще неправильную форму. Наша Галактика называется Млечным Путем и состоит из 120 млрд.

звезд. Она состоит из ядра и нескольких спиральных ветвей. Её размеры – 100 тыс. световых лет. Большая часть звезд нашей галактики сосредоточена в гигантском «диске» толщиной около 1500 световых лет. На расстоянии около 30 тысяч световых лет от центра галактики расположено Солнце.

Долгое время Галактикой ограничивалась известная часть Вселенной, но затем выяснилось, что так называемые внегалактические туманности представляют собой не что иное, как другие галактики, образующие в совокупности сверхсистему, называемую метагалактикой. Системы более высоких порядков пока нам неизвестны, и поэтому в литературе термины «метагалактика» и «Вселенная» часто употребляются как равно-значные. Метагалактика, или система галактик, включает в себя все известные косми-ческие объекты.

По радиоастрономическим наблюдениям сделано заключение, что, наша Галактика имеет четыре спиральные ветви. Ближайшей галактической системой является туман-ность Андромеды, находящаяся от нас на расстоянии 2,5 млн.

световых лет. Нашу Галактику и туманность Андромеды можно причислить к самым большим из известных в настоящее время галактик. Галактики содержат разреженный газ и космическую пыль, но главные объекты галактик — это звезды.

Читайте также:  Газ 3306 – один из лучших российских грузовиков 90-х

Мир звезд необыкновенно разнообразен. И хотя все звезды – раскалённые шары, подобные Солнцу, в глубинах которых вырабатывается  ядерная энергия, их физические характеристики различаются весьма существенно. Есть, например, звезды гиганты и сверхгиганты. По своим размерам они значительно превосходят Солнце.

Объем одной из звезд в созвездии Цефея больше объема Солнца в 14 млрд. раз. Кроме звезд – гигантов существуют и звезды – карлики, значительно уступающие по своим размерам Солнцу. Известны карлики, которые меньше Земли и даже Луны. Вещество их отличается чрезвычайно высокой плотностью. Самой большой плотностью обладают нейтронные звезды.

Поперечник такой звезды, состоящей главным образом из ядерных частиц – нейтронов, составляет  всего около 20-30 км, а средняя плотность вещества достигает 100 млн. т/см3. По существу нейтронная звезда – это громадное атомное ядро. Нейтронные звезды быстро вращаются, и радиолуч каждой вращающейся звезды регистрируется радиотелескопом как импульс радиоизлучения.

В этой связи нейтронные звезды подобного типа называются пульсарами.

Звезды обладают различными поверхностными температурами, соответственно меня-ется и цвет звезд. Сравнительно «холодные» звезды – с температурой около 3-4 тыс. градусов – красного цвета. Наше Солнце, поверхность которого «нагрета» до 6 тыс. градусов, имеет желто-зеленый цвет. Самые горячие звезды, с температурой, превосходя-щей 12 тыс. градусов, — белые и голубоватые.

Во Вселенной наблюдаются вспышки новых и сверх новых звезд.

Такие звезды в некоторый момент времени в результате бурных физических процессов неожиданно увеличиваются в объеме, «раздуваются», сбрасывают свою газовую оболочку и в течение нескольких суток выделяют чудовищное количество энергии – в миллиарды раз больше, чем выделяет Солнце. Затем, исчерпав свои ресурсы, они постепенно тускнеют, превраща-ясь в газовую туманность.

Звезды, составляющие Галактику, движутся вокруг её центра, по очень сложным орбитам.

С огромной скоростью – около 250 км/с – движется в мировом пространстве и наше Солнце, увлекая за собой свои планеты.

Солнечная система совершает один полный оборот вокруг галактического центра за 180 млн. лет. Ближайшие к Солнцу звезды
a – Центавра и Сириус. Возраст солнечной системы около 5 млрд. лет.

К интересным небесным телам, которым часто приписывались сверхъестественные значения, относятся кометы.

Кометы – это небесные тела неправильной формы, которые состоят изо льда с вкраплениями каменных и железных глыб, имеющих размеры порядка нескольких десятков километров.

Когда комета приближается к Солнцу, то ледяная поверхность кометы нагревается, и лед начинает потихоньку таять и испаряться. Из ядра кометы выделяются газы, образующие обширную голову кометы.

Воздействие солнеч-ного излучения и солнечного ветра обуславливает образование хвоста, иногда достига-ющего миллионов километров в длину. Выделяемые газы уходят в космическое простран-ство, вследствие чего при каждом приближении к Солнцу комета теряет значительную часть своей массы. В связи с этим  кометы живут относительно недолго, тысячелетия и столетия.

Современная модель расширяющейся Вселенной столкнулась с теоретическими проблемами, разрешение которых способствовало прогрессу астрономии.

Разлетаясь после Большого взрыва из точки с бесконечно большой плотностью, сгустки вещества должны слегка притормаживать друг друга силами взаимного притяжения, и скорость их должна падать. Но для торможения не хватало всей массы Вселенной.

Из этого возраже-ния родилась в 1939 году гипотеза о наличии во Вселенной так называемых «черных дыр», которые невозможно увидеть, но которые хранят в себе  9/10 всей массы Вселен-ной, т.е. столько, сколько недоставало.

Что представляют собой «черные дыры»? Если некоторая масса вещества оказывается в сравнительно небольшом объеме, критическом для данной массы, то под действием собственного тяготения такое вещество начинает неудержимо сжиматься. Происходит гравитационный коллапс.

В результате сжатия растет концентрация массы и наступает момент, когда сила тяготения на поверхности становится столь велика, что для её преодоление надо бы развить скорость большую, чем скорость света, а это невозможно.

Поэтому «черные дыры» ничего не выпускают наружу и не отражают, и стало быть их невозможно обнаружить. В черной дыре пространство искривляется, а время замедля-ется. Если сжатие продолжается дальше, то на каком-то её этапе начинаются незатуха-ющие ядерные реакции.

Сжатие прекращается, а затем происходит антиколлапсионный взрыв, и «черная дыра» превращается в «белую дыру». Предполагается, что «черные дыры» находятся в ядрах галактики, являясь сверхмощным источником энергии.

Образование планет являются частью образования звезд.

Поэтому особенности планет как объектов мегамира можно понять лишь в рамках общего космологического процесса, в силу которого вблизи определенных звезд возникает система планет, вращающиеся вокруг них.

Поскольку вследствие громадных космических расстояний планетные системы других звезд не наблюдает, то проблема происхождения планет рассматривается на модели происхождения планет Солнечной системы.

Первые теории происхождения солнечной системы были выдвинуты немецким философом И.Кантом и французским математиком Лапласом.

Их теории вошли в науку как некая коллективная космологическая гипотеза Канта — Лапласа, хотя разрабатыва-лись они независимо друг от друга.

Кант утверждал, что Солнце, планеты и их спутники возникли из первоначальной, бесформенной туманной массы, некогда равно-мерно заполнявшей мировое пространство.

Под влиянием сил притяжения, присущих частицам материи, из этих частиц образовались отдельные скопления становившиеся центрами притяжения. Из одного такого крупного центра скопления образовалось Солнце, вокруг него расположились частицы в виде туманностей, которые начали двигаться по кругу. В круговых туманностях образовались зародыши планет, которые начали вращать-ся также вокруг своей оси.

Приблизительно через 50 лет после этого Лаплас высказал идеи, развивавшие и дополнявшие кантовское космологическое учение. Гипотеза Лапласа основывалась на том, что Солнечная система образовалась из уже вращающейся газовой туманности.

По теории Канта, Солнечная система также возникла из газовой туманности, но она не имела предварительного вращения. В этом случае появлялась непреодолимая трудность: невозможно было объяснить, как могло образоваться правильное вращательное движение небесных тел.

Гипотеза Канта – Лапласа получила широкое признание в первой половине ХIХ в., но потом оказалось, что ряд факторов не укладывается в её рамки. Пытаясь решить возникшие трудности, английский астрофизик Дж.

Джинс предположил, что когда-то Солнце столкнулось с другой звездой, в результате чего из него была вырвана струя газа, которая, сгущаясь, преобразовалась в планеты. Однако, учитывая огромное расстояние между звездами, такое столкновение кажется совершенно невероятным.

Более детальный анализ выявил и другие недостатки этой гипотезы. Например, известно, что каждая планета удалена от Солнца примерно в два раза дальше, чем предыдущая. Принимая во внимание закономерности строения Солнечной системы, кажется невозможным, чтобы планеты были лишь осколками, оставшимися после космической катастрофы.

Современные концепции происхождения планет Солнечной системы основываются на том, что нужно учитывать не только механические силы, но и другие, в частности электромагнитные. Эта идея была выдвинута шведским астрофизиком Х. Альфвеном и английским ученым Ф.Хойлом.

Согласно их гипотезе, первоначальное газовое облако, из которого образовались и Солнце и планеты, состояло из ионизированного газа, подвер-женного влиянию электромагнитных сил.

После того как из огромного газового облака посредством концентрации образовалось Солнце, на очень большом расстоянии от него остались небольшие части этого облака.

Гравитационная сила стала притягивать остатки газа к образовавшейся звезде – Солнцу, но его магнитное поле остановило падающий газ на различных расстояниях – как раз там, где находятся планеты. Гравитационные и магнитные силы повлияли на концентрацию и сгущение падающего газа, в результате чего образовались планеты.

Когда возникли  самые крупные планеты, тот же процесс повторился в меньших масштабах, создав, таким образом, системы спутников. Теории происхождения Солнечной системы носят гипотетический характер, и однозначно решить вопрос об их достоверности на современном этапе развития науки невозможно. Во всех существующих теориях имеются противоречия и неясные места.

Источник: https://students-library.com/library/read/52135-stroenie-i-evolucia-zvezd-planet-i-galaktiki

Происхождение и эволюция галактик и звезд. Эволюция Вселенной

«Все изменяется, ничто не исчезает»

Овидий

В данной теме разговор пойдёт о том, как рождаются, живут и умирают звезды, как изменяется Вселенная.

Солнце имеет свой жизненный цикл. Оно образовалось в результате гравитационного сжатия плотного газопылевого облака. По мере сжатия температура и плотность облака возрастает, и оно испускает излучение в инфракрасном диапазоне спектра. Облако в этом состоянии называется протозвездой.

Температура в недрах протозвезды постепенно возрастает, и когда она достигает нескольких миллионов кельвинов, начинается термоядерная реакция, в результате которой из водорода синтезируется гелий. Протозвезда превращается в обычную звезду главной последовательности.

Как уже говорилось, Солнце относится к главной последовательности, а его возраст составляет примерно 4,5 миллиарда лет. После того, как водород на Солнце закончится, оно начнет раздуваться, превращаясь в красный гигант. Размеры Солнца возрастут в десятки раз, оно поглотит Меркурий и Венеру, и уничтожит жизнь на Земле.

Это произойдет приблизительно через 5 миллиардов лет. Температура ядра станет настолько высока, что начнет происходить реакция превращения гелия в углерод. Раздувшаяся оболочка Солнца будет уже слишком слабо притягиваться ядром и постепенно рассеется, образовав так называемую планетарную туманность.

После того, как оболочка окончательно рассеется, останется только ядро – белый карлик. Этот белый карлик будет очень медленно остывать, постепенно превращаясь в черный карлик.

Эволюция Солнца

Следует заметить, что есть и другие варианты эволюции звезд, в зависимости от их массы. Итак, основные стадии эволюции звезд таковы: сначала образуется плотное газопылевое облако, которое под действием собственной гравитации коллапсирует в протозвезду.

После начала термоядерной реакции в горячем ядре, протозвезда превращается в звезду главной последовательности. Когда в звезде заканчивается водород, она начинает раздуваться, превращаясь в красного гиганта или сверхгиганта. А вот после этого есть несколько вариантов развития событий.

Один из них был только что рассмотрен – это превращение звезды в белый карлик, а затем и в черный карлик. Такой путь развития характерен для звезд, масса которых не превышает две солнечные массы.

Ядра более массивных звезд могут колоссально сжаться под действием собственной гравитации, что приведет к превращению протонов в нейтроны. Этот объект будет называться нейтронной звездой.

Для сверхмассивных звезд возможен несколько иной вариант развития событий: ядро сверхгиганта начинает сжиматься, в результате чего, вновь увеличивается плотность и температура. Это приводит к новой последовательности термоядерных реакций, в процессе которых синтезируются все более тяжелые элементы.

В конечном итоге, синтезируется железо 56 (Fe-56), обладающее самым большим дефектом масс, поэтому дальнейшее образование других веществ с выделением энергии уже невозможно. Когда железное ядро достигает определенных размеров, вновь происходит коллапс ядра.

Буквально через несколько секунд после этого происходит взрыв сверхновой звезды. На сегодняшний день еще неизвестно, что именно приводит к взрыву, но этот взрыв выносит значительную часть накопленного материала вместе со струями нейтрино в межзвездное пространство.

Выброшенное вещество может послужить материалом для образования новых звезд. От начальной звезды остается нейтронная звезда. Но если звезда обладала достаточно большой массой, то коллапс может продолжаться даже после образования нейтронной звезды. Тогда звезда становится черной дырой.

Согласно общей теории относительности, черные дыры могут искажать пространство и замедлять время в непосредственной близости от себя. На данный момент, многие вопросы о сверхновых, нейтронных звездах и черных дырах остаются открытыми.

Во Вселенной существует множество галактик, которые, как выяснилось, разбегаются. Это косвенно подтверждает модель расширяющейся Вселенной. Исходя из этой модели и из расстояния до галактик, удалось определить радиус наблюдаемой Вселенной с помощью закона Хаббла.

Также, с помощью этого закона был вычислен примерный возраст наблюдаемой Вселенной. Но как образовалась Вселенная? Конечно, на сегодняшний день никто не может дать точный ответ на этот вопрос.

Разбегание галактик напоминает разлет вещества при взрыве, поэтому, теория, описывающая расширяющуюся Вселенную, получила называние теории Большого взрыва.

Большой взрыв – это общепринятая космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной (то есть, начало её расширения). Ветвь астрономии, изучающая вопросы, связанные с эволюцией Вселенной, называется космологией. Существует еще одна важная космологическая модель – это модель горячей Вселенной.

Эта модель описывает ранние этапы развития Вселенной. Плотность и температура Вселенной спустя несколько секунд после Большого взрыва были настолько огромны, что ни о каких галактиках и звездах не могло быть и речи.

По мере расширения Вселенной, её температура и плотность уменьшались, начали образовываться первые звезды, а спустя некоторое время – галактики.

Конечно, можно задать резонный вопрос: если вся Вселенная образовалась в результате Большого взрыва, тогда что взорвалось? В сложности ответа на этот вопрос, пожалуй, и состоит основная проблема космологии.

На сегодняшний день, Большой взрыв объясняется возникновением, так называемой, космологической сингулярностигравитационной сингулярности, характеризующейся бесконечной плотностью и температурой.

Сегодня ученые не могут с уверенностью объяснить происхождение этой сингулярности, да и вообще, не совсем ясно, что собой представляет гравитационная сингулярность. Считается, что ответы на эти вопросы сможет дать теория квантовой гравитации.

Исходя из наблюдаемых процессов, происходящих во Вселенной, существует еще одно довольно интересное предположение. Известно, что звезды рано или поздно умирают, превращаясь в белые, а затем и черные карлики. Некоторые звезды могут превратиться в нейтронную звезду или в черную дыру. Одновременно с этим из газовых облаков образуются всё новые и новые звезды.

Читайте также:  Гранатомет рпг-32 «хашим»

Но, когда-нибудь галактики исчерпают всю энергию, и строительный материал для звезд закончится. Все существующие звезды дойдут до последних стадий эволюции: останутся только белые и черные карлики, нейтронные звезды и черные дыры. Скопления галактик начнут сливаться в одну большую галактику.

Черные дыры, находившиеся в центрах галактик, начнут поглощать все больше и больше вещества, постепенно разрастаясь и сливаясь друг с другом. В конце концов, скопления черных дыр образуют гигантскую черную дыру с невообразимо мощным гравитационным полем.

Возможно, столь мощное гравитационное поле заставит эту черную дыру сжаться в ту самую гравитационную сингулярность, о которой говорилось. В этом случае, всё вернётся к начальной точке – то есть, произойдет еще один Большой взрыв.

Помимо того, что происходило с Вселенной до нынешнего момента, не менее интересно и её будущее. На этот счет есть несколько точек зрения, в зависимости от массы, энергии, плотности Вселенной, а также, скорости её расширения. По современным оценкам, критическое значение плотности вещества вычисляется по формуле

Подставив все константы в данное выражение, получим, что критическая плотность Вселенной равна

Считается, что если средняя плотность Вселенной больше критической, то в будущем расширение Вселенной сменится сжатием. То есть, Вселенная вновь сожмется в одну точку и, вероятно, вновь произойдет Большой взрыв. Если же плотность Вселенной меньше критической, то она не перестанет расширяться.

По сегодняшним оценкам, плотность Вселенной примерно в 5 раз меньше критической плотности, что отбрасывает теорию о Большом сжатии. Но спешить с такими выводами, всё же, не стоит. Есть основания полагать, что существует так называемая скрытая масса, которая может изменить современную оценку плотности Вселенной.

Например, основываясь на современных данных, не удается объяснить аномально большую скорость вращения внешних областей галактик. Считается, что, возможно, это поможет объяснить существование темной материи – гипотетической материи, не испускающей электромагнитного излучения и не взаимодействующей с ним.

Прямое наблюдение такой материи невозможно, но существует несколько косвенных признаков её существования – например, гравитационные эффекты, создаваемые некоторыми астрофизическими объектами.

Также, не так давно было введено понятие тёмной энергии, без которой не удавалось объяснить наблюдаемое расширение Вселенной с ускорением.

Под темной энергией подразумевается космологическая константа, то есть, постоянная энергетическая плотность, которая равномерно заполняет Вселенную. Иными словами, существование тёмной энергии говорит нам о том, что полного вакуума не существует.

На сегодняшний день, ни одно из надежных наблюдательных данных не противоречит существованию темной энергии.

Конечно, в данной теме немного вышли за рамки школьной физики, но, всё же, рассмотрим основные этапы развития Вселенной и сегодняшние представления человечества о ней. Поскольку Вселенная расширяется с момента Большого взрыва, этапы развития Вселенной разделены на этапы расширения.

Первый этап называется Планковской эпохой – период с того момента, когда начинают работать законы современной физики до инфляционной стадии (гравитационное взаимодействие отделяется от остальных видов взаимодействий).

Инфляционная стадия – это стадия резкого увеличения и сильного нагрева Вселенной. После этого наступает стадия радиационного доминирования – основная стадия развития ранней Вселенной.

На этой стадии появляются некоторые виды излучения, понижается температура, начинают выделяться остальные виды взаимодействий, энергия переходит в массу, образуя кварки – то есть, начинает появляться материя. Образуются известные нам сегодня химические элементы.

После этого наступает эпоха доминирования вещества: электромагнитное излучение отделяется от вещества, начинают формироваться звезды и галактики. И, наконец, Вселенная переходит в стадию доминирования темной энергии – это является текущей эпохой.

Как видно, многие вопросы до сих пор остаются открытыми, и неизвестно, можно ли вообще понять, как образовалась Вселенная, находясь внутри неё. Тем не менее, сегодня были рассмотрены основные этапы эволюции звезд.

В результате коллапса газопылевого облака под действием гравитационных сил, образуется протозвезда. Когда температура ядра протозвезды становится достаточно высока, начинается термоядерная реакция, и протозвезда становится звездой главной последовательности.

Когда в звезде заканчивается водород, из гелия начинают синтезироваться более тяжелые элементы. Звезда расширяется и становится красным гигантом или сверхгигантом. После этого, возможны несколько вариантов развития событий, в зависимости от массы звезды.

Либо после того, как оболочка звезды рассеивается, она образует планетарную туманность, а потом оставшееся ядро становится белым карликом, либо звезда превращается в нейтронную звезду или черную дыру.

Сегодня эволюция Вселенной описывается теорией Большого взрыва и моделью горячей Вселенной. Также, на сегодняшний день, наблюдения говорят о том, что Вселенная расширяется с ускорением. О будущем Вселенной существует множество теорий, ни одна из которых, на данном этапе развития науки, не может быть доказана.

Источник: https://videouroki.net/video/62-proiskhozhdieniie-i-evoliutsiia-ghalaktik-i-zviezd-evoliutsiia-vsieliennoi.html

Рождение и эволюция звезд

Слайд 1

Рождение и эволюция звезд Работу выполнили: учащиеся 11 класса «Л» МБОУ «СОШ №37» г.Кемерово Кузина Софья и Шевяко Анна. Руководитель: Шинкоренко Ольга Владимировна, учитель физики.

Слайд 2

Содержание Рождение звезд Жизнь звезды Гибель звезд Примеры звезд Примеры главных созвездий

Слайд 3

Рождение звезды Космос часто называют безвоздушным пространством, полагая его пустым. Однако, это не так. В межзвездном пространстве есть пыль и газ, в основном, гелий и водород, причем последнего значительно больше. Во Вселенной существуют даже целые облака пыли и газа, которые могут сжиматься под действием сил гравитации.

Слайд 4

Рождение звезды В процессе сжатия часть облака будет нагреваясь уплотняться. Если масса сжимающегося вещества достаточна для того, чтобы в процессе сжатия внутри него начали происходить ядерные реакции, то из такого облака получается звезда.

Слайд 5

Рождение звезды Каждая «новорожденная» звезда, в зависимости от своей первоначальной массы, занимает определенное место на диаграмме Герцшпрунга-Рессела — графике, по одной оси которого отложен показатель цвета звезды, а по другой — ее светимость, т.е. количество энергии, излучаемой в секунду. Показатель цвета звезды связан с температурой ее поверхностных слоев — чем ниже температура, тем звезда краснее, а ее показатель цвета больше.

Слайд 6

Жизнь звезды В процессе эволюции звезды меняют свое положение на диаграмме «спектр-светимость», перемещаясь из одной группы в другую. Большую часть жизни звезда проводит на Главной последовательности. Справа и вверх от нее располагаются как самые молодые звезды, так и звезды, далеко продвинувшиеся по своему эволюционному пути.

Слайд 7

Жизнь звезды Время жизни звезды зависит, главным образом, от ее массы. По теоретическим расчетам, масса звезды может варьировать от 0,08 до 100 солнечных масс.

Чем больше масса звезды, тем быстрее выгорает водород, и тем более тяжелые элементы могут образоваться в процессе термоядерного синтеза в ее недрах.

На поздней стадии эволюции, когда в центральной части звезды начинается горение гелия, она сходит с Главной последовательности, становясь, в зависимости от массы, голубым или красным гигантом.

Слайд 8

Жизнь звезды Но наступает момент, когда звезда на пороге кризиса, она уже не может вырабатывать необходимое количество энергии, для поддержания внутреннего давления и противостояния силам гравитации. Начинается процесс неудержимого сжатия (коллапс).

Вследствие коллапса образуются звезды с огромной плотностью (белые карлики). Одновременно с образованием сверхплотного ядра, звезда сбрасывает свою внешнюю оболочку, которая превращается в газовое облако — планетарную туманность и постепенно рассеивается в космосе.

Звезда большей массы может сжиматься до радиуса, 10 км, превращаясь в нейтронную звезду. Одна столовая ложка нейтронной звезды весит 1 млрд. тонн! Последняя стадия эволюции еще более массивной звезды — образование черной дыры.

Звезда сжимается до таких размеров, при которых вторая космическая скорость становится равной скорости света. В районе черной дыры пространство сильно искривляется, а время замедляется.

Слайд 9

Жизнь звезды Образование нейтронных звезд и черных дыр обязательно связано с мощным взрывом. В небе возникает яркая точка, почти такая же яркая, как галактика, в которой она вспыхнула. Это «Сверхновая звезда». Упоминания, встречающиеся в древних летописях о появлении на небе ярчайших звезд, это не что иное, как свидетельства колоссальных космических взрывов.

Слайд 10

Гибель звезды Звезда теряет всю внешнюю оболочку, которая, разлетаясь с большой скоростью, через сотни тысяч лет без следа растворяется в межзвездной среде, а до этого мы наблюдаем ее как расширяющуюся газовую туманность.

Первые 20 000 лет расширение газовой оболочки сопровождается мощным радиоизлучением. В течение этого времени она представляет собой горячий плазменный шар, имеющий магнитное поле, удерживающее заряженные частицы высоких энергий, образовавшиеся в Сверхновой.

Чем больше времени прошло с момента взрыва, тем слабее радиоизлучение и ниже температура плазмы.

Слайд 11

Примеры звёзд Галактика в созвездии Большая Медведица Большая Медведица

Слайд 12

Цефей

Слайд 14

Лира

Слайд 15

Примеры главных созвездий Андромеда

Слайд 16

Орион

Слайд 19

Используемая литература Карпенков С. Х. Концепции современного естествознания. — М., 1997. Шкловский И. С. Звезды: их рождение, жизнь и смерть. — М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1984. — 384 с.

Владимир Сурдин Как рождаются звезды – Рубрика «Планетарий», Вокруг Света, №2 (2809), Февраль 2008 Карпенков С. Х. Основные концепции естествознания. — М., 1998. Новиков И. Д. Эволюция Вселенной. — М., 1990. Ровинский Р. Е.

Развивающаяся Вселенная. — М., 1995.

Слайд 20

Спасибо за просмотр!

Источник: https://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2015/04/06/rozhdenie-i-evolyutsiya-zvezd

Время жизни звезд

Звезда Вега, снимок ESO

Время жизни звезд состоит из нескольких этапов, проходя через которые миллионы и миллиарды лет светила неуклонно стремятся к неизбежному финалу, превращаясь в яркие вспышки сверхновых или в угрюмый мрак черных дыр.

Общая информация

Эволюция Звезд

Время жизни звезды любого типа – невероятно долгий и сложный процесс, сопровождаемый явлениями космического масштаба. Многогранность его просто невозможно полностью проследить и изучить, даже используя весь арсенал современной науки.

Но на основании тех уникальных знаний, накопленных и обработанных за весь период существования земной астрономии, нам становятся доступными целые пласты ценнейшей информации.

Это позволяет связать последовательность эпизодов из жизненного цикла светил в относительно стройные теории и смоделировать их развитие. Что же это за этапы?

Жизненный цикл звезд

Не пропустите наглядное интерактивное приложение «Жизненный цикл звезд»!

Эпизод I. Протозвезды

Протопланетный диск, окружающий молодую солнечную систему в туманности Ориона

Жизненный путь звезд, как и всех объектов макромира и микрокосма, начинается с рождения. Это событие берет свое начало в формировании невероятно огромного облака, внутри которого появляются первые молекулы, поэтому образование называется молекулярным. Иногда употребляется еще и другой термин, непосредственно раскрывающий суть процесса, – колыбель звезд.

Только когда в таком облаке, в силу непреодолимых обстоятельств, происходит чрезвычайно быстрое сжатие составляющих его частиц, имеющих массу, т. е. гравитационный коллапс, начинает формироваться будущая звезда. Причиной этому является выплеск энергии гравитации, часть которой сжимает молекулы газа и разогревает материнское облако.

Затем прозрачность образования постепенно начинает пропадать, что способствует еще большему нагреванию и возрастанию давления в его центре.

Заключительным эпизодом в протозвездной фазе является аккреция падающего на ядро вещества, в ходе чего происходит рост зарождающегося светила, и оно становится видимым, после того, как давление испускаемого света буквально сметает всю пыль на окраины.

Найди протозвезды в туманности Ориона!

Эта огромная панорама туманности Ориона получена из снимков телескопа Хаббл. Данная туманность одна из самых больших и близких к нам колыбелей звезд. Попробуйте найти в этой туманности протозвезды, благо разрешение этой панорамы позволяет это сделать.

Эпизод II. Молодые звезды

Фомальгаут, изображение из каталога DSS. Вокруг этой звезды еще остался протопланетный диск.

Следующим этапом или циклом жизни звезды является период ее космического детства, который, в свою очередь, делится на три стадии: молодые светила малой (

Источник: http://SpaceGid.com/vremya-zhizni-zvezd.html

Строение и эволюция звезд

Существуют две основные концепции происхождения небесных тел.

Первая основывается на небулярной модели образования Солнечной системы, выдвинутой еще французским физиком и математиком Пьером Лапласом и развитой немецким философом Иммануилом Кантом.

В соответствии с нею звезды и планеты образовались из рассеянного диффузного вещества (космической пыли) путем постепенного сжатия первоначальной туманности.

Принятие модели Большого Взрыва и расширяющейся Вселенной существенным образом повлияло и на модели образования небесных тел и привело к гипотезе Виктора Амбарцумяна о возникновении галактик, звезд и планетных систем из сверхплотного (состоящего из самых тяжелых элементарных частиц — гиперонов) дозвездного вещества, находящегося в ядрах галактик, путем его фрагментации.

Интерпретация небесных тел определяется тем, какую из двух гипотез считают истинной. Открытие В. Амбарцумяном звездных ассоциаций, состоящих из очень молодых звезд, стремящихся убежать друг от друга, было понято им как подтверждение гипотезы образования звезд из первоначального сверхплотного вещества. Какая из двух концепций ближе к истине, решит последующее развитие естествознания.

Модель расширяющейся Вселенной встретилась с несколькими трудностями, которые способствовали прогрессу астрономии.

Разлетаясь после Большого Взрыва из точки с бесконечно большой плотностью, сгустки вещества должны слегка притормаживать друг друга силами взаимного притяжения, и скорость их должна падать. Но для торможения не хватает всей массы Вселенной.

Из этого возражения родилась в 1939 году гипотеза о наличии во Вселенной так называемых «черных дыр», которые невозможно увидеть, но которые хранят 9/10 массы Вселенной (т. е. столько, сколько недостает).

Что представляют собой «черные дыры»? Если некоторая масса вещества оказывается в сравнительно небольшом объеме, критическом для данной массы, то под действием собственного тяготения такое вещество начинает неудержимо сжиматься. Происходит гравитационный коллапс.

В результате сжатия растет концентрация массы и наступает момент, когда сила тяготения на поверхности становится столь велика, что для ее преодоления надо было бы развить скорость большую, чем скорость света. Поэтому «черная дыра» ничего не выпускает наружу и не отражает, и стало быть ее невозможно обнаружить.

Читайте также:  Советский истребитель и-16: история создания, описание, характеристики

В «черной дыре» пространство искривляется, а время замедляется. Если сжатие продолжается дальше, тогда на каком-то его этапе начинаются незатухающие ядерные реакции. Сжатие прекращается, а затем происходит антиколлапсионный взрыв, и «черная дыра» превращается в «белую дыру».

Предположено, что «черные дыры» находятся в ядрах галактик, являясь сверхмощным источником энергии.

Все небесные тела можно разделить на испускающие энергию — звезды, и не испускающие—планеты, кометы, метеориты, космическую пыль. Энергия звезд генерируется в их недрах ядерными процессами при температурах, достигающих десятки миллионов градусов, что сопровождается выделением особых частиц огромной проницающей способности — нейтрино.

Звезды — это фабрики по производству химических элементов и источники света и жизни. Тем самым решаются сразу несколько задач. Звезды движутся вокруг центра галактики по сложным орбитам.

Могут быть звезды, у которых меняются блеск и спектр — переменные звезды (Тау Кита) и нестационарные (молодые) звезды, а также звездные ассоциации, возраст которых не превышает 10 млн. лет.

Возможно из них образуются сверхновые звезды, при вспышках которых происходит выделение огромного количества энергии нетеплового происхождения и образование туманностей (скоплений газов).

Существуют очень крупные звезды — красные гиганты и сверхгиганты, и нейтронные звезды, масса которых близка к массе Солнца, но радиус составляет 1/50000 от солнечного (10-20 км); они называются так, потому что состоят из огромного сгустка нейтронов).

В 1967 году были открыты пульсары — космические источники радио-, оптического, рентгеновского и гамма-излучения, приходящие на Землю в виде периодически повторяющихся всплесков.

У радиопульсаров (быстро вращающихся нейтронных звезд) периоды импульсов — 0,03-4 сек, у рентгеновских пульсаров (двойных звезд, где к нейтронной звезде перетекает вещество от второй, обычной звезды) периоды составляют несколько секунд и более.

К интересным небесным телам, которым часто приписывалось сверхъестественное значение, относятся кометы. Под воздействием солнечного излучения из ядра кометы выделяются газы, образующие обширную голову кометы.

Воздействие солнечного излучения и солнечного ветра обусловливает образование хвоста, иногда достигающего миллионов километров в длину. Выделяемые газы уходят в космическое пространство, вследствие чего при каждом приближении к Солнцу комета теряет значительную часть своей массы.

В связи с этим кометы живут относительно недолго (тысячелетия и столетия).

Небо только кажется спокойным. В нем постоянно происходят катастрофы и рождаются новые и сверхновые звезды, во время вспышек которых светимость звезды возрастает в сотни тысяч раз. Эти взрывы характеризуют галактический пульс.

В конце эволюционного цикла, когда все водородное горючее истрачено, звезда сжимается до бесконечной плотности (масса остается прежней). Обычная звезда превращается в «белого карлика» — звезду, имеющую относительно высокую поверхностную температуру (от 7000 до 30000° С) и низкую светимость, во много раз меньшую светимости Солнца.

Предполагается, что одной из стадий эволюции нейтронных звезд является образование новой и сверхновой звезды, когда она увеличивается в объеме, сбрасывает свою газовую оболочку и в течение нескольких суток выделяет энергию, светя как миллиарды солнц. Затем, исчерпав ресурсы, звезда тускнеет, а на месте вспышки остается газовая туманность.

Если звезда имела сверхкрупные размеры, то в конце ее эволюции частицы и лучи, едва покинув поверхность, тут же падают обратно из-за сил гравитации, т. е. образуется «черная дыра», переходящая затем в «белую дыру».

Процесс эволюции звезд представлен на схеме:

Источник: https://megaobuchalka.ru/1/16894.html

II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся Старт в науке

Еськова А.Е. 1

1МБОУ «Школа №11»

Еськов Е.К. 1

1Российский государ­ственный аграрный зао­чный университет

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

По современным представлениям, базирующимся на достижениях в области космологии (от греческого kоsmos – строй, порядок, мир, Вселенная), использующей наряду с известными астрономическими и физическими явлениями математическое моделирование. Вселенная включает бесконечное множество небесных тел, различающихся по массе и размерам.

К самым многочисленным объектам во Вселенной относятся звезды, многие из которых доступны визуальному восприятию. Звезды создают тяжелые элементы, необходимые для жизни. В солнечной системе центральная звезда – Солнце обеспечивает Землю светом и энергией.

На протяжении 10 млрд. лет в Галактике каждый год рождается около 10 звезд и постепенно межзвездная среда истощается. Ее восполнение возможно в результате попадания в Галактику небольших галактик-спутников, содержащих в большом количестве межзвездные газы.

В настоявшей работе проведена классификация звезд и факторы, определяющие продолжительность их существования.

Проведенный анализ основан на достижениях в изучении космического пространства, что связано в значительной мере с функционированием космического телескопа «Хаббл» (Hubble Space Telescope, HST), названного в честь Э. Хаббла (один из наиболее влиятельных астрономов и космологов в XX в.).

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Во Вселенной звезды существенно различаются по массе, что отражено на диаграмме Герцшпрунга-Рассела. Источником энергии звезд служит термоядерная реакция синтеза гелия из водорода (рисунок).

Звезды с массой 0.012–0.0767Мʘ (солнечная масса Мʘ равна 1.9891·1030 кг) и радиусами приблизительно равными радиусу Юпитера (6.99·107 м) относят к коричневым карликам.

В звездах этого типа из-за относительно небольшой массы невозможно развитие термоядерной реакции на основе превращение водорода в гелий, что обеспечивает другим звездам длительное свечение.

На начальном этапе своего существования коричневые карлики способны синтезировать легкие элементы, такие как дейтерий, литий и др.

Это позволяет коричневым карликам некоторое время иметь сходство со звездами главной последовательности, у которых в качестве источника энергии используется термоядерный синтез гелия из водорода. В недрах коричневых карликов термоядерные реакции поддерживаются в течение относительно коротких временных периодов и соответственно быстро остывают, тускнеют и превращаются в планетообрзные объекты.

Другой тип звезд – красные карлики имеют широкое распространение во Вселенной, составляя около 80 % звезд Млечного Пути. Масса красных карликов (0.0767-0.4 Мʘ.) позволяет им синтезировать гелий из водорода.

Обладая низкой скоростью сжигания водородного топлива, красные карлики могу существовать от десятков миллиардов до десятков триллионов лет, превосходя по продолжительности существования коричневые карлики.

Красные карлики, израсходовав свой запас водородного топлива, должны превращаться в гипотетические голубые карлики. Но для их возникновения во Вселенной после Большого взрыва прошло еще недостаточно времени. Предполагается, что голубые карлики в свою очередь должны превращаться в белые, а белые – в черные карлики.

Звезды массой 0.4-0.8Мʘ относятся к оранжевым карликам. Их масса достаточна для выхода на главную последовательность, в которой они могут существовать 15–30·109 лет.

После исчерпания запасов водородного топлива звезда такого типа подвергается многократному увеличению по размеру, что обуславливается началом гелиевой реакции. И оранжевый карлик преобразуется в красного гиганта.

Он, выбрасывая во внешние слои газ, образует вокруг себя планетарную туманность, а ядро, находящееся в центре звезды, превращается в белый карлик.

Также к звездам главной последовательности относятся желтые карлики, масса которых находится в пределах 0.8–1.2Мʘ. Судя по массе, Солнце относится к желтым карликам. Продолжительность жизни звезд этого типа, составляет приблизительно 1010 лет.

После исчерпания запасов водородного топлива процессы на Солнце предположительно должны развиваться как у оранжевого карлика, но с большей скоростью, что обуславливается их различиями по массе, с уменьшением которой сокращается продолжительность жизни звезды.

Приняв, что Солнце существует приблизительно 5·109 лет, можно ожидать, что чрез 5·109 лет в ее недрах прекратится водородная реакция, поскольку весь водород превратится в гелий. После этого на Солнце начнется синтез углерода на основе имеющегося гелия.

Этому будет сопутствовать увеличение размера Солнца настолько, что его внешние границы вполне могут достичь Земли, поглотив при расширении Меркурий и Венеру. Под влиянием этого температура на Земле повысится настолько, что произойдет испарение океанов [1].

С отсутствием свободной воды исчезнут условий для современной жизни.

Во всех случаях после того как звезда сойдет с главной последовательности (после того как прекратится водородная реакция) она, если позволяет масса, превращается в гиганта. На фазу гиганта невозможен переход звезд, масса которых не превышает 0.4Мʘ. Звезды массой от 0.

4 до 1.2 Мʘ (оранжевые и желтые карлики), израсходовав водородное топливо, переходят в промежуточную стадию субгиганта.

На этой стадии прекращаются термоядерные реакции с участием водорода, но горение гелия еще не начинается потому, что гелиевое ядро еще недостаточно разогрето.

Когда температура в ядре повысится до уровня, необходимого для запуска гелиевых реакций, наступает стадия красного гиганта. В состоянии красного гиганта звезда может просуществовать от 1000 (если масса звезды ≈ 10Мʘ) до 108 лет (если масса звезды ≈ 0.5 Мʘ).

Большие звезды массой от 1.2 до 8Мʘ после того как израсходуют водород и пройдут стадию субгиганта, подобно оранжевым и красным карликам, превращаются в красных гигантов, которые уже способны синтезировать более тяжелые химические элементы.

И чем массивнее звезда, тем более тяжелые элементы она способна синтезировать. В начале синтезируется гелий, затем углерод, кислород и в конце, если позволяет масса звезды, то Fe56 , который иногда называют пеплом термоядерного горения.

[2]

На каждом этапе запусков термоядерных реакций (от гелиевых до углеродных и последующих) происходит определенная трансформация звезды, в результате чего она, то в сотни раз увеличивается, то – уменьшается. Соответственно этому возрастает или уменьшается светимость звезды.

На последних этапах развития звезда сбрасывает свою оболочку в атмосферу в виде планетарной туманности, оставляя в центре белый карлик. У него нет каких-либо источников энергии.

При малом радиусе (примерно в 100 раз меньше солнечного) Белый карлик обладает чрезвычайно большой плотностью, составляющей 105–109 г/см 3, в то время как плотность звезд главной последовательности почти в миллион раз меньше.

В Галактике (Млечном Пути) на долю белых карликов приходится всего 3–10 % звездного состава. Максимальная масса белых карликов достигает 1.44Мʘ (предел Чандрасекара). При его превышении образуется нейтронная звезда [3].

Наряду с красными гигантами во Вселенной существуют голубые гиганты. Они немного превосходят по массе красные гиганты, хотя границы пределов масс между ними слабо выражены. Поэтому дифференциация звезд на красные и голубые гиганты условна.

Звезды, масса которых больше 8Мʘ, заканчивают свое существование взрывом сверхновой, в результате которого образуется туманность, расширяющаяся с огромной скоростью (около 10000 км/с) [4]. Этому предшествуют изменения в ядре звезды. Ядро в ходе термоядерных реакций становится железным и когда его масса превысит 1.

4 Мʘ наступает коллапс. Он выражается в сжатии ядра под действием собственной силы тяжести и образовании сверхплотновой нейтронной звезды. При массе составляющей примерно Мʘ, радиус ограничивается 10–20 км. Плотность нейтронной звезды в несколько раз превышает плотность атомного ядра (ρ ядерного вещества ≈ 1017кг/м3).

В результате взрыва сверхновой может образоваться черная дыра. Она отличается очень сильным гравитационным притяжением, которое настолько велико, что у черной дыры даже свет (скорость в вакууме которого = 299 792 458 м/с) не может покинуть ее пределов.

Образование черной дыры возможно, если начальная масса звезды превышает 30 Мʘ, а ее ядро – 2.5–3 Мʘ (предел Оппенгеймера-Волкова). Указанными пределами ограничивается минимальная масса черных дыр. Звезды, из которых обычно образуется черные дыры относятся к сверх- и гипергигантам.

К сверхгигантам относят звезды, масса которых находится в пределах от 10 до 70 Мʘ, у гипергигатов — она варьирует от 100 — 265Мʘ.

Обладая большой массой, такие звезды отличаются небольшой продолжительностью жизни, составляющей у сверхгигантов от 30 до нескольких сотен миллионов, а у гипергигантов – всего несколько миллионов лет [5]. В Млечном пути таких звезд немного, вероятно, не больше 10.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Звезды формируются в газопылевых туманностях (межзвездных облаках), у которых некоторые области обладают большей плотностью и соответственно массой по отношению к окружающему веществу.

Внутри каждой такой области формируется центр тяжести, что может быть вызвано ударной волной от взорвавшейся рядом сверхновой звезды, естественной динамикой внутри облака, столкновением двух облаков и т.п. Под действиями сил тяготения окружающее вещество начинает наслаиваться на уплотненную поверхность, увеличивая тем самым ее массу.

В результате гравитационного коллапса уплотнение вещества в каждом таком центре приводит к образованию протозвезды, а находящийся обычно вокруг нее газопылевой диск ускоряет вращение.

Рост температуры протозвезды обуславливается столкновениями возрастающего количества частиц в ее недрах. При разогреве центра протозвезды до 15–20·106 К начинается термоядерная реакция, обеспечивающая в дальнейшем новую звезду энергией.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

  1. К. Саган. Жизнь звезд // Космос. Амфора. 2015. С. 300-302.

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

  3. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B5%D0%BB_%D0%A7%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%B5%D0%BA%D0%B0%D1%80%D0%B0

  4. http://galspace.spb.ru/index61-2.html

  5. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D1%82

Просмотров работы: 478

Источник: https://school-science.ru/2/11/30056

Ссылка на основную публикацию