Источник энергии и эволюция звезд

Главная О нас Обратная связь Существуют две основные концепции происхождения небесных. Затем, исчерпав ресурсы, звезда тускнеет, а на месте вспышки остается газовая туманность. Поэтому ядре образуется конвективное ядро, окружён ное зоной, которой перенос энергии осуществляется излуче нием. Поскольку температура ядре повышается, темп выгорания водорода увеличивается, увеличивается светимость. Разме ры и светимость её возрастают звезда превращается крас ный гигант. В то же время на поверхности гелие вого ядра начинает гореть во дород. Запас гелия исчерпывается очень быстро, так как опи санных реакциях каждом элементарном акте выделяет ся сравнительно немного энер гии. На диаграмме Герцшпрунга Ресселла звезда перемещается вдоль после довательности гигантов или при очень большой массе области сверхгигантов пери одически становится цефеи дой. Поэтому же лезное ядро быстро сжимает ся, температура и плотность нем увеличиваются, достигая фантастических величин температуры 10 9 и давления 10 9 кг. В результате происходит мощнейший ядерный взрыв, сбрасывающий внешние слои звезды, уже со держащие все тяжёлые элементы, вплоть до калифорния. На месте взорвав шейся сверхновой остаётся зависимости от массы взорвав шейся звезды либо нейтронная звезда. Для объяснения структуры мегамира наиболее важным является гравитационное взаимодействие.

Образовавшиеся газовые тела притягиваются друг к другу, но не обязательно объединяются одно громадное тело. Они, как правило, начинают вращаться относительно друг друга, и центробежные силы этого движения противодействуют силам притяжения, ведущим к дальнейшей концентрации. В первом случае для протекания реакции требуется только водород, во втором необходимо еще наличие углерода, служащего катализатором. При высоких плотностях вещества внутри белого карлика электронные оболочки атомов разрушаются, и вещество звезды представляет собой электронноядерную плазму, причем ее электронная составляющая представляет собой вырожденный электронный. Белые карлики находятся равновесном состоянии за счет равенства сил между гравитацией фактор сжатия и давлением вырожденного газа недрах звезды фактор расширения. Ее блеск превышал блеск всей Галактики и оказался 4 млрд раз более интенсивным, чем блеск Солнца. Особый интерес вызывает возможность захвата черной дырой тел, прилетающих из бесконечности. До наших дней должны были дожить реликтовые черные дыры массой более 10 15 масса средней горы на Земле изза действия механизма квантового испарения черных дыр, предложенного. По этому излучению можно определить наличие данном месте черной дыры.

Первые состоят основном из вещества малой плотности, их недрах идут термоядерные реакции синтеза. В конце эволюции зависимости от массы звезда либо взрывается, либо сбрасывает более спокойно вещество, уже обогащенное тяжелыми химическими элементами. Из обогащенной тяжелыми элементами межзвездной среды образуются звезды следующих поколений. Проблема источника звездной энергии настоящее время считается основном решенной. Возникавшие последние годы трудности связи с обнаружением недостаточности потока нейтрино из недр Солнца обусловленного указанными реакциями, как считают, могут быть сняты и рамках принятой теории. Оценки времени жизни звезд постепенно возрастали, по мере того как уточнялся возраст Земли к концу. Решать поставленные проблемы стало возможно только на основе огромного и точного наблюдательного материала — данных светимостях, массах, составе звезд, равно как на основе успехов самой ядерной физике. Хойл, по существу возрождавший этим старую гипотезу Майера, появились новые независимые факты, свидетельствовавшие об истинной молодости таких звезд. И поскольку первоначальная очевидная интерпретация ее обеих ветвей — горизонтальной ветви гигантов и главной последовательности — как направления хода эволюции не прошла, вставал вопрос самом направлении эволюционного пути звезд. На втором, наблюдательном пути первым был теоретический расчет термоядерных реакций недрах звезд как фактор их эволюции огромную роль сыграли построения диаграмм Герцшпрунга — Рессела для отдельных скоплений звезд, начатые впервые американским астрофизиком. Скопления давно и естественно воспринимались как группы генетически связанных сходных по возрасту и химическому составу звезд, к тому же находящихся практически на одном расстоянии от земного наблюдателя, что позволяло судить и об истинных отношениях светимостей звезд скопления.

Это на порядок повысило точность определений истинных блеска и цвета звезд с учетом поглощения света и позволило проводить сравнительное исследование огромного и однородного наблюдательного материала — характеристик звезд. В нашей Галактике выделено два больших класса их, один из которых ведет свою родословную от газопылевой плоской составляющей ее рассеянные скопления со звездным населением типа, а другой — от диффузной материи сферической составляющей шаровые скопления со звездами населения типа, целом на несколько порядков более богатые по населенности и более старые образования из материи первичного состава Возрасты первых оцениваются 10 6 —10 9 лет, тогда как вторых, шаровых, до 10 10. Она позволяет удовлетворительно объяснить практически все типы звезд и их группировок, явлений и эволюционных процессов мире звезд и туманностей, вплоть до таких загадочных ранее феноменов, как, например, образование планетарных туманностей, взрывы сверхновых, от которых остаются нейтронные звездыпульсары либо черные дыры или то, что заменит черные дыры будущей квантовогравитационной теории. Наконец, после исчерпания запасов ядерной энергии наступает чисто тепловое высвечивание энергии стадия белого карлика зависимости от массы до 10 9. Таким образом, современную картину эволюции звезды можно представить как последовательную смену источников энергии. Но природа и этих далеких солнц и нашего более близкого светила была не известной. Но при помощи математического аппарата и наблюдений вселенной астрономы смогли рассчитать модели развития звезд зависимости от ее массы, радиуса. Реальное значение имеют только гравитационное сжатие и термоядерный синтез. Термоядерный синтез Теорию термоядерного синтеза сформулировали. Первой и наиболее эффективной из реакций термоядерного синтеза есть образования из четырех протонов ядра атома гелия по схеме Очень важно то, что здесь возникает дефект массы масса ядра гелия равняется 4, 00389.

Эффективность реакций синтеза характеризуется мощностью источника, количеством энергии, которая высвобождается единице массы вещества за единицу времени. Для более массивных белых звезд это время у десятки и сотни раз меньше, поскольку значительно меньшим есть характерное время основных реакций цикла. Если температура недрах звезды после исчерпания там водорода достигнет сотен миллионов кельвинов, а это возможно для звезд с массой 1, 2. В первом случае речь идет многоразовом поглощении и переизлучении квантов. И время просачивания квантов энергии от центра звезды к ее поверхности измеряется миллионами. За современными представлениями звезды образовываются вследствие гравитационного сжатия фрагментов газовопылевых. Как показывают исследования, имеющиеся межзвездной среде газо пылевые комплексы, массы которых достигают. Это приводит к тому, что температура вещества, которое сжимается, практически не изменяется, тогда, как ее плотность возрастает. Таким образом, протозвезды являются мощными источниками инфракрасного излучения. Наблюдения показывают, что межзвездных газопылевых комплексах есть компактные источники инфракрасного излучения. За последние 40 лет представления об изменении физических параметров протозвезд, а также и их эволюционных треках на диаграмме спектрсветимость, радикально пересмотрены. Например, 50ых годах считали, что эволюционная кривая, которую описывает протозвезда на диаграмме спектрсветимость, начинается дальнем правом нижнем углу этой диаграммы, и что светимость протозвезды медленно и непрерывно возрастает вплоть до выхода на главную последовательность.

И лишь, после того как основная часть массы оболочки упадет на ядро, а ее остаток становится прозрачным, мы можем заметить свет самой звезды. Все эти данные дают лишь более или менее возможные схемы развития протозвезд. Уплотнения, которые формируется центральной зоне протозвезды, может избавиться своего момента количества движения передать его периферийным частям облака благодаря магнитным полям, а также турбулентным движениям с учетом трения. Тогда Хойл высказал предположение, что у углерода С 12 существует возбужденное состояние, энергия которого должна быть близка суммарной энергии трех альфачастиц. Представленные взгляды на синтез химических элементов во Вселенной не стоит считать окончательными, поскольку этой области знаний существует еще большой ряд нерешенных проблем однако появление во Вселенной, кроме преобладающих водорода гелия, всей гаммы химических элементов открыло новый этап 1 развитии вещества и формировании его структур. Под действием гравитационных сил солнечная туманность начинает приобретать форму, сжиматься так, что самая плотная часть ее находится центре. Солнце нагревало внутреннюю часть этого кольца, вызывая испарение, выгоняя солнечным ветром более легкие элементы более дальние части кольца, где они Т. Масса такого облака превышает массу Солнца 100 00010 000 000 раз благодаря своему размеру от 50 до 300 световых лет поперечнике. Также критическим фактором может стать взрыв близлежащей сверхновой звезды, ударная волна которого столкнётся с молекулярным облаком на огромной скорости. В процессе эволюции звезды меня ют свое положение на диаграмме спектрсветимость, перемещаясь из одной группы другую.

Это могло бы привести к расширению и разлету наружных слоев звезды, если бы не гравитация. В ходе катастрофического сжатия про исходит слияние электронов и прото нов нейтроны. Светимость Сверхно вых типа превышает светимость Солнца всего 1 млрд. Отличие Сверхновых и типа связано с хими ческим составом взрывающихся звезд, а, следовательно, и их возрастом. При сжатии энергия гравитации переходит тепло, и температура газовой глобулы возрастает. При конденсации звезды из облака межзвездных газа и пыли высвобождается гравитационная потенциальная энергия. Некоторые ученые, например, считали, что источником солнечной энергии является непрерывное выпадение на его поверхность метеорных тел, другие искали источник непрерывном сжатии Солнца. Заметим, кстати, что темп звездообразования настоящее время значительно ниже, чем много миллиардов лет назад.

Однако такие концентрации частиц могут достигаться недрах облаков, уже начавших коллапс. Это же условие относится к горению всех последующих видом ядерного топлива. После образования железного ядра, а некоторых случаях и раньше, происходит гравитац. Детально эволюционные последовательности рассчитываются путем численного решения системы дифференциальных уравнений, описывающих распределение массы, плотности, температуры и светимости по звезде, к которым добавляются уравнение состояния, законы энерговыделения и непрозрачности звездного вещества и уравнения, описывающие изменение химического состава звезды со временем. Причина этого очень сильной зависимости энерговыделения от температуры. Если она проникает слои, богатые водородом, то результате медленного процесса нейтронного захвата процесса синтезируются элементы с атомными массами от 22 до. В последнем случае ходе коллапса происходит детонация кислорода, которая приводит к полному разлету вещества звезды. Продукты взрыва молодые нейтронные звезды, излучающие за счет кинетической энергии вращения, течение первых 10 5 10 6 лет своего существования наблюдаются как пульсары.

Звезда приобретает структуру, подобную луковице железное ядро окружено многочисленными слоями из продуктов ядерного горения на предыдущих стадиях. На самом Солнце не написано, сколько ему. Это объясняется тем, что звезды состоят из горячего газа, где атомы слабо связаны между собой, и зависимости от того, какая энергия выделяется недрах звезды, она будет иметь больший или меньший размер. То есть одна и та же звезда может выглядеть абсолютно поразному разные периоды жизни. Но на самом деле оно настолько массивно, что для него такая потеря массы даже течение всей жизни совершенно незначительна. Появление слоевого источника и затухание термоядерной реакции ядре приводит к очень большим и важным последствиям — звезда целом начинает раздуваться. На определенном этапе внешние слои раздувшейся звезды уже будут не состоянии удержаться, и звезда начнет терять свой. Такие взрывы изредка наблюдаются, они получили название взрывов новых звезд. Их начали рассматривать как физические тела стали изучаться структура.

Грандиозные изменения, сопровождаемые внезапными увеличениями блеска, происходят новых звёздах. Давление растет с глубиной, а вместе с ним увеличиваются и плотность и температура. В нём энергия передаётся не излучением, а электронной теплопроводностью, как металлах. Однако не физика, а сама астрономия, именно наблюдательная астрономия, явилась главным источником наших сведений звездах. Под действием гравитации сгустках водородных облаков будут зарождаться звезды. Оказавшись на главной последовательности и перестав сжигаться, звезда длительно излучает практически, не меняя своего положения на диаграмме спектр светимость. Для этой цели Гиппарх распределил звезды на шесть классов по их блеску. В эпоху телескопической астрономии были обнаружены разнообразные по свойствам звезды, изменяющие блеск. Эта температура носит название эффективной температуры и характеризует нагрев излучающей звездной поверхности. По интенсивности линий можно установить, поэтому температуру, плотность и другие характеристики звездных атмосфер. Он заключается том, что если источник излучения движется к нам, то длины волн спектральных линий его спектре уменьшаются, а если удаляется, то увеличиваются. Выраженная километрах секунду, она пропорциональна смещению длины волны наблюдаемой линии по сравнению с ее длиной волны неподвижном источнике Используя эффект Доплера, астрономы измерили тысячи лучевых скоростей звезд, газовых туманностей их деталей, внегалактических объектов, выяснили закономерности движений звезд и вращения звездных систем, нашли массы звездных скоплений и галактик.

Они лучше других объясняют взаимосвязь между всеми явлениями. Но, к счастью, для сравнения светимостей достаточно знать блеск светил видимых звездных величинах и расстояние до них, выраженное парсеках. Викия — это свободный ресурс, который существует и развивается за счёт рекламы. Первая стадия жизни звезды подобна солнечной — ней доминируют реакции водородного цикла. Пока облако свободно обращается вокруг центра родной галактики, ничего не происходит. По мере сжатия длина свободного пробега фотонов уменьшается и облако становится всё менее прозрачным для собственного излучения. Число и массы этих слоёв зависят от начальных массы и скорости вращения молекулярного облака. Для звезды, по размеру близкой к Солнцу, этот процесс может занять около миллиарда. Из этого можно сделать вывод, что аккреция не останавливается твёрдой поверхностью звезды, а просто уходит области очень большого гравитационно красного смещения. Оболочка при этом расширяется, светимость звезды растёт, поверхностная темп уменьшается, и звезда становится красным гигантом случае менее массивных звёзд или сверхгигантом красным или жёлтым случае более массивных звёзд. Любое случайное выделение энергии увеличивает полную энергию звезды Поэтому новом положении равновесия звезда должна расшириться, чтобы уменьшить по.

Анализ звёздных спектров даёт сведения состоянии внешних слоёв звёзд их атмосфер. С другой стороны, Т может быть определена по спектральному классу звезды. При этом температура и плотность газа а, следовательно, и давление уменьшатся, и звезда снова вернётся состояние равновесия. Это справедливо для наиболее массивных звёзд с массами порядка 100. В случае, когда отталкивание нейтронов всё же останавливает коллапс, происходит мощный взрыв вспышка сверхновой с выбросом вещества оболочки звезды со скоростью несколько тысяч километров секунду. Космология развивается исходя из гипотез, подтверждаемых наблюдаемыми фактами и позволяющие предсказать новые открытия. Сверхраскаленный пузырь МиниВселенной распался изза внутренней нестабильности на множество мелких областей метагалактик. Соответственно, самые слабые звезды светят несколько сот раз слабее Солнца и могут так светить сотню миллиардов лет, гораздо больше времени существования нашей Вселенной. Все звезды типа Солнца и более массивные, возникшие из первичного газа, уже прошли свой жизненный путь. В настоящее время обилие благородных газов на Земле ничтожно мало, что означает, что они свое время диссонировали межпланетное пространство. Известны звезды, содержащие до 7 компонентов, более сложные пока не обнаружены. Большую часть своей жизни любая звезда находится на так называемой главной последовательности диаграммы цветсветимость.

Чтобы представить себе дальнейшую эволюцию звезд, вспомним силах, обеспечивающих равновесие процессов их недрах. А вот, что касается астрофизики, наиболее значимой и быстроразвивающейся области астрономии, то ее путь приближения к истине включает как стремительные рывки вперед, так и остановки, отклонения сторону, возвращение на прежние позиции и новые броски неисследованные области. В изучении эволюции звезд, так же, как и планетологии, познание сплошь соткано из противоречий. Но дело даже не самих этих редчайших элементах, а, как утверждает известный анекдот, их количестве. Более 30 лет обсуждалась возможность отождествления линий двух радиоактивных элементов — технеция и прометия. И, тем не менее, авторы рассматриваемой работы отважились на вывод, который наверняка будет подвергнут серьезной критике, но вместе с тем, спровоцирует всплеск интереса к проблеме сверхтяжелых элементов.

Они отважились исследовать то, что, фактически, относилось к категории научного табу. Кроме того, двойные звезды подразделяются на широкие пары долгопериодические и тесные короткопериодические системы. Кривая блеска этих звезд также не имеет участков постоянного блеска, но ее минимумы — разной глубины. В этом случае значительная часть вещества, теряемого первой звездой через окрестности точки Лагранжа, все же уходит из системы. Когда звезда рождается после фрагментации и сжатия межзвездного облака, ней начинаются термоядерные реакции синтеза гелия из водорода. В случае, если эта масса превысит 1, 44 солнечной, вспыхнет сверхновая типа. Если имеется расходуемое топливо, то, вопервых, каково его происхождение?.

Для начала была составлена звездная диаграмма спектальный класс размеры Герцшпрунгом и Расселом, из которой стало ясно, что эта зависимость не случайна, а представляет собой кривую эволюции звезд, от их рождения до их смерти. Значение этой энергии можно вычислить при помощи формулы Теоретическое исследование процесса гравитационного сжатия звезды показало, что приблизительно половину своей потенциальной энергии звезда излучает, тогда, как вторая половина тратится на повышение температуры ее массы приблизительно до десяти миллионов кельвинов. Все эти данные дают лишь более или менее возможные схемы развития протозвезд. Однако после того как запасы гелия ядре исчерпываются, начинается дальнейшее сжатие ядра, которое сопровождается повторным образованием звезды протяжной конвективной оболочки. С повышением температуры недрах звезды роль потоков нейтрино вынесении энергии и охлаждении постоянно возрастает. Следующие термоядерные реакции, если бы не было нейтринных потоков, длились бы около 600.

Однако процессе эволюции такой звезды после выгорания основной части водорода ее недрах ядро сжималось, и разбухала оболочка. Сначала эволюция первой звезды проходит так же, как и одинарной, и на диаграмме спектрсветимость она смещается из главной последовательности немного вверх. Когда весь водород центральной области звезды превратится гелий, внутри звезды образуется гелиевое ядро. Дело том, что пока можно исследовать только единственную планетарную систему, окружающую наше Солнце. Изучались так же модели, которых к этим двум условиям добавлялось третье неизменность картины мира. Это означает, что какую бы эпоху мы не созерцали мир, он всегда должен выглядеть общих чертах одинаково. Они построены из звезд красных и желтых гигантов, красных и желтых карликов и некоторого количества белых звезд не очень высокой светлости. После была предпринята попытка представить ход событий на первых стадиях расширения Метагалактики через. Ведь некоторые философы ставили знак равенства между Метагалактикой и Вселенной, и пытались доказать, что расширение Метагалактики подтверждает религиозное представление божественности происхождения Вселенной.

Поэтому на спектрах двойных звезд наблю дается расщепление спектральных линий. Именно полуразделенных двойных системах осуществляется процесс, который астрофизики называют обменом масс, когда вещество одной из звезд системы попадает полость Роша второй звезды, а затем ею аккрецируется выпадает ее атмосферу. На диаграмме ГерцшпрунгаРессела спектрсветимость она выходит на ветвь Главной последовательности. Абсолютная звёздная величина и поправка, учитывающая излучение ультрафиолетовой и инфракрасной частях спектра болометрическая поправка, дают возможность найти полную Светимость звезды. Несколько затменных двойных с рентгеновскими источниками уже обнаружено них подозревают наличие черных. Поэтому об эволюции звезд судят так же, как росте деревьев лесу одновременно наблюдая множество экземпляров, находящихся данный момент на разных стадиях эволюции. Звезда превращается огромный термоядерный реактор, котором устойчиво и стабильно протекает, общем, та же реакция, которую человек пока научился осуществлять только неуправляемом варианте — водородной бомбе. Относительно малого содержания тяжелых элементов, впрочем, оказалось достаточным для образования жизни по крайней мере, на одном из островков Вселенной вблизи рядовой звезды, Солнца — желтого карлика. Хотя сейчас некоторых межзвездных облаках обнаружены достаточно сложные органические молекулы, вероятно, химическая эволюция привела к появлению живого вещества. После образования гидросферы из атмосферы практически исчез аммиак.

Когда центре звезды весь водород превращается гелий, структура звезды начинает заметно меняться. Если линзовидную галактику видно сбоку, то она отличается от эллиптической более сильным сжатием и наличием тёмного пылевого слоя. Структура облаков постоянно изменяется под действием взаимных столкновений, нагрева звёздным излучением, давления межзвёздных магнитных полей. При коллапсе возрастают температура и давление газа, что препятствует дальнейшему увеличению плотности. Но пока облако прозрачно для излучения, оно легко остывает и сжатие не прекращается. Как устойчивое тело звезда может существовать только том случае, если все действующие на её вещество внутренние силы уравновешиваются. Каков же срок жизни звезды?. Ответить на этот вопрос не представляет труда, если знать механизм выделения энергии звезде. В результате огромной работы, проделанной астрономами ряда стран течение последних десятилетий, мы многое узнали различных характеристиках звезд, природе их излучения и эволюции.

Выражение освещенностей звездных величинах видимая звездная величина, М абсолютная звездная величина приводит к следующей основной формуле фотометрических расстояний пс Определение расстояния по относительным скоростям. Спектры звезд это их паспорта с описанием всех их физических свойств. Наиболее интенсивны линии ионизованного гелия и многократно ионизованных некоторых других элементов углерода, кремния, азота, кислорода. Под действием этого давления объём, заполняемый газом и пылью, будет сжиматься, становясь всё меньше и меньше. Но, как мы уже знаем, глобула огромна, не менее светового года диаметре. Наблюдения показывают, что скорости движения газа и пылевых частиц на самом деле гораздо больше, а потому гравитационное сжатие происходит значительно быстрее. Наблюдатель с очень острым зрением при идеальных атмосферных условиях увидит полтора раза больше звёзд. Внешние слои звёзд, подобных нашему Солнцу, с массами не большими 1, 2 масс Солнца, постепенно расширяются и конце концов совсем покидают ядро звезды.

Белые карлики одна из увлекательнейших тем истории астрономии впервые были открыты небесные тела, обладающие свойствами, весьма далёкими от тех, с которыми мы имеем дело земных условиях. Собственное движение звезды происходило не по прямой линии казалось, что она едва заметно смещалась из стороны сторону. А теперь зададимся вопросом каким образом вещество можно сжать так, чтобы один кубический сантиметр его весил 100. Когда ионизация становится полной, облако электронов движется относительно решётки из более тяжёлых ядер, так что вещество белого карлика приобретает определённые физические свойства, характерные для металлов. Для расчёта этого процесса используется информация, полученная из лабораторных опытов огромную роль при этом играют современные быстродействующие вычислительные машины. Но даже при столь высоких температурах кислород и неон вполне устойчивы и не вступают ядерные реакции.

Но самое главное как взорвавшемся веществе, так и межзвёзном газе присутствует магнитное поле. Однако на сегодня один из самых каверзных вопросов таков замедляется ли скорость этого расширения, и если да, то не сожмётся ли Вселенная через десятки миллиардов лет, образуя сингулярность. Энергия взрыва сверхновой может черпаться из энергии вращения образующейся нейтронной звезды, края достигает 10 53. Для звёзд меньше 0, 0767 3 4 масс Солнца этого не происходит выделяющейся ходе ядерных реакций энергии никогда не хватит, чтобы уравновесить внутреннее давление и гравитационное сжатие. Температура и давление снова повышаются, но, отличие от стадии протозвезды, до гораздо более высокого уровня. Таким образом, взрывы сверхновых объясняют наличие межзвёздном веществе элементов тяжелее железа, что, однако, не является единственно возможным способом их образования, к примеру это демонстрируют технециевые звёзды. Пока у звезды много водорода, она не может начать эволюцию направлении горячих звезд. Глава 8 Ядерные источники энергии излучения звезд Глава 9 Проблемы нейтринного излучения Солнца Глава 10 Как устроены белые карлики?. Таких звезд нашей Галактике насчитывается по крайней мере несколько миллиардов. Наконец, изучая звездные спектры, можно определить и плотность звездных атмосфер, которая для различных звезд меняется очень широких пределах. Ответ на этот вопрос состоит том, что температура звездных недр, как мы скоро убедимся, очень высока значительно выше, чем поверхностных слоях, что исключает возможность существования там твердой или жидкой фазы вещества. Именно эта сила препятствует разлету различных частей газа, образующего звезду, окружающее пространство.

Сделаем очень грубую оценку, сколько бы потребовалось времени, чтобы при таком расплывании размер звезды увеличился бы, скажем, 10. А сейчас мы можем только сказать, что история существования любой звезды — это поистине титаническая борьба между силой гравитации, стремящейся ее неограниченно сжать, и силой газового давления, стремящейся ее распылить, рассеять окружающем межзвездном пространстве. Из элементарного курса физики известно, что давление газа зависит от его плотности и температуры. Именно для идеального газа справедлив закон Клапейрона, которым мы воспользовались при оценке температуры центральных областях звезд. Например, атомов кислорода примерно тысячу раз меньше, чем водорода. При температуре порядка десяти миллионов кельвинов и достаточно высокой плотности вещества недра звезды должны быть наполнены огромным количеством излучения. Это не происходит потому, что излучение буквально заперто внутри Солнца. Считая, для простоты, что оно состоит только из водорода, и зная его массу, легко найти, что там имеется приблизительно 2 10 57 частиц — протонов и электронов. Или, другими словами, почему находящийся состоянии гидростатического равновесия газовый шар с массой, равной массе Солнца, имеет совершенно определенный радиус и совершенно определенную температуру поверхности, с которой излучение выходит наружу?.

Оценку величины этой энергии можно сделать, если найти энергию гравитационного взаимодействия звезды с самой собой Точный расчет с использованием простых методов высшей математики дает примерно вдвое большее значение, причем строго выполняется соотношение, известное механике как теорема вириале Рассмотрим теперь звезду не равновесном, стационарном состоянии, а стадии медленного сжатия как это имеет место для протозвезды. Это означает, что реагируют хотя и быстрые а поэтому достаточно энергичные заряженные частицы, но все же тепловые. При температуре 10 7 К средняя энергия тепловых движений частиц близка к 1000. Мы уже говорили выше, что поле излучения звездных недрах почти изотропно. Вообразим себе нагретый газовый шар, температура которого строго постоянна. Нет и намека на зависимость светимости звезды от мощности источников энергии ее недрах. Так как первоначальные характеристики объема совершенно не отличались от характеристик окружающей среды, то будут иметь место равенства где и обозначают плотность и давление.

Но есть недрах ряда звезд такие слои и даже целые большие области, где условие устойчивости, которое было получено выше, не выполняется. Итак, по причине описанной выше специфической неустойчивости, конвективных слоях звезд происходят крупномасштабные движения газа. Это означает, что химический состав области звезды, охваченной конвективными движениями, должен быть однородным. Еще более важно значение природы источников звездной энергии для проблемы эволюции звезд закономерного изменения их основных характеристик светимости, радиуса с течением времени. Насколько несовершенны были тогда знания природы источников звездной энергии, видно хотя бы из того, что Джинс — крупнейший английский физик и астроном начала нашего века, — полагал, что таким источником может быть. Для того чтобы протон мог при таком столкновении проникнуть ядро, с которым он сталкивается, ему надо приблизиться к последнему на расстояние около 10. Напишем теперь последовательность этих реакций и выделяющуюся при них энергию. Последним звеном этой цепи является восстановление первоначального ядра углерода и образование нового ядра гелия за счет четырех протонов, которые разное время один за другим присоединились к 12 С и образующимся из него изотопам. Например, при распаде 15 энергия образующегося нейтрино составляет среднем около 1. Приводим значения равновесных концентраций изотопов, полученные при температуре 13 миллионов кельвинов 24 Вычисленные равновесные концентрации изотопов не зависят от плотности вещества, ибо скорости всех реакций пропорциональны плотности. При таких условиях сталкивающиеся альфачастицы могут образовывать радиоактивный изотоп бериллия.

В случае, когда почти весь водород выгорел, величина довольно близка к единице. Нелегко также представить себе, каким способом образовался столь большой дефицит тяжелых элементов недрах Солнца по сравнению с его поверхностью. Расчеты показывают, что максимальная концентрация изотопа 3 достигается на расстоянии 0, 6 солнечного радиуса. По оценкам Эзера и Камерона время между такими сравнительно быстрыми процессами перемешивания солнечных недр порядка сотни миллионов. Повидимому, с учетом этого обстоятельства разница должна быть равна 10—15. Только сравнительно недавно геологи доказали, что оледенения Земли всегда носили глобальный характер Это означает, что причиной ледниковых периодов может быть только некоторый космический фактор. Мы говорим оледенения во множественном числе. Удивительным и совершенно неожиданным образом проблемы нейтринной астрономии могут быть связаны с фундаментальнейшей проблемой геологии, до последнего времени, несмотря на многочисленные попытки, остававшейся нерешенной. Стоит еще подумать том, что ледниковый период был колыбелью человечества. Впрочем, этом параграфе мы не будем обсуждать вопросов, связанных с проблемой образования белых карликов, — это будет сделано. Вспомним теперь, какие основные допущения были сделаны при выводе этой формулы. Если обычный газ сильно сжать, то число возможных траекторий для электронов станет значительно меньше и, наконец, наступит такое состояние, когда на каждую траекторию придется больше двух электронов. Он почти весь выгорел на стадиях эволюции звезды, предшествовавших стадии белого карлика.

Такие конфигурации, получаемые теоретическим, расчетным путем, носят название звездных моделей. И, наконец, он после своего завершения должен находиться полном согласии с наблюдаемыми свойствами моделируемых звезд. Как же рассчитываются звездные модели?. Эта модель была рассчитана для звезды, масса которой 10 раз больше солнечной, радиус 3, 6 раза больше, а светимость болометрическая 3000 раз превосходит светимость Солнца. Последнее предположение вполне естественно для карликовых звезд малой массы и сравнительно низкой светимости, время пребывания которых на главной последовательности превышает возраст Галактики. Что касается массивных звезд верхней части главной последовательности, то приведенная на. Этот результат имеет большое значение для проблемы происхождения белых карликов, чем речь будет идти следующем параграфе. Но это означает, что по мере эволюции звезды, связанной с выгоранием ее ядерного горючего, должна меняться сама модель звезды, а следовательно, ее структура. Характер изменения состояния звезды существенным образом зависит от того, перемешивается ли вещество ее недрах или. Нанося на диаграмму Герцшпрунга — Рессела точки, соответствующие разным моделям эволюционной последовательности звезды, можно получить ее теоретический трек на этой диаграмме.

Следовательно, такие звезды мы можем рассматривать как покидающие главную последовательность процессе своей эволюции, не сопровождающейся полным перемешиванием вещества их недрах. Он обрывается на образовании изотопа 3 Не, а нормальный 4 Не уже не синтезируется. Если масса протозвезды меньше чем 0, 08, то температура ее недрах настолько мала, что никакие термоядерные реакции уже не могут остановить сжатие на стадии главной последовательности. При этом необходимо пользоваться теоретическими треками звездной эволюции типа тех, которые изображены на. Значительно более старое скопление звезд — Плеяды, диаграмма которого изображена на. Например, многие из них за 10 миллионов лет срок эволюции скопления 2264 еще не прошли стадию гравитационного сжатия и, строго говоря, являются даже не звездами, а протозвездами. Отчетливо видно, что после того как звезда сошла с главной последовательности, светимость для одинаковых фаз эволюции при малом содержании металлов будет значительно выше. Таким образом, теория эволюции звезд объясняет все особенности диаграммы Герцшпрунга — Рессела для шаровых скоплений их древним возрастам и малым обилием тяжелых элементов. На этой диаграмме эффект различия возрастов у разных скоплений виден вполне отчетливо. Это был бы очень маленький объект с весьма высокой температурой, наружные слои которого находятся состоянии бурной конвекции.

Образовавшийся после отделения наружной оболочки очень горячий объект должен быть неустойчивом промежуточном состоянии. Там же приведена зависимость светимость — температура для звезд главной последовательности, красных гигантов и так называемой горизонтальной ветви диаграммы Герцшпрунга — Рессела для шаровых скоплений. Мы видим, что зависимость — для такой модели хорошо представляет эмпирическую зависимость, приведенную на. Вся эта фаза эволюции с двумя слоями ядерного энерговыделения занимает время порядка миллиона. Изза огромной светимости звезды — предка планетарной туманности — световое давление ее потока излучения на наружные слои может привести к их сбросу. Это означает, что за несколько тысяч лет может истечь практически вся оболочка звезды, что приведет к образованию планетарной туманности. Из анализа этих наблюдений можно сделать вывод, что эти наружные слои представляют собой расширяющееся со скоростью 10 км с кольцо, то время как внутренняя часть этого кольца состоит из горячего, полностью ионизованного газа. Поверхность, обладающая такими свойствами, называется поверхностью нулевой скорости, или критической поверхностью Роша, а точка. Если же масса первичной звезды сравнительно невелика, быстрое расширение ее оболочки на стадии красного гиганта останавливается по другой причине наступает вырождение области ядра звезды. В частности, эта картина непринужденно объясняет давно известный эмпирический факт, что избыточная светимость эволюционирующей компоненты тем больше, чем меньше отношение масс. Все эти интересные вопросы пока еще только ждут ответа. Кроме того, амплитуда вариаций блеска не связана с величиной звездного магнитного поля, что можно было ожидать, если бы причиной наблюдаемой переменности были бы солнечные пятна. Эти звезды вращаются приблизительно 100 раз быстрее нормальных звезд того же самого спектрального класса.

Изза быстрого вращения эти звезды имеют форму сильно сплюснутых трехосных эллипсоидов, и даже, возможно, грушевидных фигур равновесия, привлекавших внимание некоторых теоретиков много десятилетий тому назад. И, конечно, возникает интригующая возможность поновому подойти к проблеме образования Солнечной системы. После прохождения этого слоя интенсивность излучения уменьшится на величину. Несмотря на это, уже можно почувствовать особую атмосферу, окутывающую своей приятной теплотой и радостью. Поверхностный взгляд найдет сходство между звездами и планетами. Но звезд огромное множество, они имеют различный блеск, различный цвет, они излучают огромное количество энергии пространство и поэтому теряя эту энергию, не могут не изменяться они должны проходить какойто путь эволюции. С уменьшением блеска звезд число их растет, и даже простой их счет становится затруднительным. Самые большие звезды сверхгиганты превосходят размер солнца сотни и тысячи. Но из геологических и других данных следует, что светимость Солнца оставалась примерно постоянной течение миллиардов.

В ходе такого кругооборота межзвездная среда обогащается создаваемыми недрах звезд химическими элементами.

Источник энергии и эволюция звезд
Портал знаний для студентов и абитуриентов — Zippingington
575
Просмотров: 7