Космос для начинающих - Жизнь звёзд

Как рождаются живут и умирают звёзды.
Почему всё вокруг, включая нас – звёздная пыль.
Что будет с нашим Солнцем.

Пристегнитесь! Мы начинаем интереснейшее путешествие к началу времён в момент образования вселенной.

Учёным до сих пор не понятно, как именно образовались первые звёзды во вселенной. Считается, что новорождённая вселенная была заполнена первичным водородом, из которого впоследствии сформировались первые звёзды. Далее отсюда уже идут научные факты.

Как рождается звезда:

За счёт взаимного притяжения в космосе постепенно собираются огромные облака межзвёздного газа. Именно эти облака мы рассматриваем на красочных снимках ХАБЛА, и называются они туманностями. Например, туманность Ориона, туманность Пеликан и т.д. Опять же под действием взаимного притяжения облака постепенно сжимаются, принимают форму шара и становятся протозвездой. В момент сжатия молекулы газа становятся всё ближе и ближе друг к другу, и энергия сжатия переходит в тепло. Температура будущей звезды начинает расти, она возрастает до тех пор, пока не достигнет примерно 20 миллионов градусов по Цельсию. Именно в этот момент в звезде начинаются термоядерные реакции, и её сжатие прекращается.
Теперь перед нами полноценная звезда, как наше Солнце. И вот тут начинается космическая магия. В родившейся звезде постоянно происходят термоядерные реакции водородного типа. То есть содержащийся в ядре звезды водород под действием чудовищной гравитации и невероятных температур превращается («выгорает») в гелий!

Почему это происходит:

Это называется протон-протонным циклом, и такое превращение протекает в звёздах с массой порядка одной массы Солнца. В звёздах более массивных протекает так называемый CNO-цикл, «углеродный цикл», суть которого такова же, как и у протон-протонного цикла, а именно - превращение водорода в гелий.

Но не буду утруждать вас научными терминами, а опишу это простыми словами, как понимаю это сам. Температура и давление в недрах звёзд такова, что в результате слияния протонов образуется ядро гелия.

В звёздах массой меньше массы нашего Солнца, равных нашему Солнцу и звёздах массой больше нашего Солнца на 1,1 - 1,4 солнечных масс (передел Чандрасекара) процесс превращения водорода в гелий является финальной стадией существования звезды как природного термоядерного реактора.

Для звёзд массой меньше солнечной финал состоит в том, что они просто постепенно угасают, превращаясь в белые карлики, состоящие в основном из гелия.

Для звёзд массой от солнечной и выше до предела Чандрасекара, финал несколько отличается. Такие звёзды помимо гелия также образуют азот, кислород и углерод. Происходит это за счёт того, что в них температуры достаточно для того, чтобы ядра гелия взаимодействовали между собой, а плотность звезды позволяет гуляющим в ней ядрам иногда сталкиваться друг с другом. При столкновении они как раз и взаимодействуют, образуя вышеупомянутые элементы. В итоге гелий горит, часть гелия, азота, углерода и кислорода выносится на поверхность, а оболочка звезды раздувается. Яркость сильно увеличивается и, в конце концов, звезда сбрасывает с себя свою атмосферу (оболочку) в космос, образуя тем самым планетарную туманность, а ядро звезды превращается в кислородно-углеродного белого карлика, окруженного туманностью из бывшей атмосферы. Яркий и самый заметный в телескопы пример, это планетарная туманность Messier 57 или М 57.

А теперь начинается самое интересное!

У звёзд с массой от 6-8 и более солнечных масс процесс горения гелия не является финальной стадией. Под действием давления от новых элементов, рождённых в результате горения гелия, сжатие ядра продолжается, температура, плотность, а следовательно и давление растут, что в свою очередь делает возможным протекание дальнейших термоядерных реакций. В результате горения углерода, по тому же принципу, по которому водород выгорает в гелий, рождаются новые элементы, в основном неон и натрий. Далее сгорает неон, он помимо сопутствующих элементов образует магний и алюминий. Всё это время ядро звезды уплотняется, а температура растёт. И вот условия становятся подходящими для того, чтобы начал гореть кислород, образуя среди прочего кремний и серу. Когда доходит очередь до кремния, результатом горения становится (вы будете очень удивлены) ЖЕЛЕЗО, а также близкие к нему в периодической таблице элементы, никель, марганец, кобальт и т.д.

Следует отметить, что под словом «горит» здесь и далее подразумеваются сложнейшие физические процессы, которые я для наглядности описал выше в виде простых взаимодействий протонов. И вот, в результате постоянного уплотнения ядра в сверхмассивных звёздах в результате повышения температуры и протекания сложнейших реакций, ядро звезды стало железным!

Все ядерные реакции по преобразованию элементов до железа поддерживали жизнь звезды за счёт выделения колоссального количества энергии. Энергия эта постоянно излучается в пространство, но и постоянно пополняется за счёт этих же реакций. Но в результате горения железа выделяется слишком мало энергии, так как ядра железа слишком сильно связаны между собой, а энергия с поверхности звезды продолжает уходить. То есть, до этого внешнему давлению звезды на саму себя препятствовали термоядерные реакции горения элементов, при которых выделялось огромное количество энергии. Гравитация уравновешивалась давлением изнутри. В случае с железом, этого препятствования нет и случается катастрофа! Гравитация побеждает и железное ядро обрушивается само в себя – коллапсирует!

Причём в момент коллапса светимость звезды сравнима, а иногда и превышает яркость целой галактики (скопление звёзд, например, наша галактика Млечный путь)! И поэтому её называют СВЕРХНОВАЯ. Также в момент коллапса в межзвёздное пространство выбрасываются все наработанные элементы. В результате выброса огромной энергии газ, окружающий звезду, в момент коллапса нагревается, и в нём происходят ядерные реакции, в которых формируются другие, не попавшие в цикл горения звезды элементы и их изотопы.

После коллапса и вспышки сверхновой звёзды описанного выше типа (превышающие предел Чандрасекара) как правило становятся нейтронной звездой или пульсаром. Звезды же, превышающие предел Оппенгеймера – Волкова, становятся чёрной дырой. О том, что такое чёрные дыры, пульсары, магнитары и нейтронные звёзды, мы поговорим в будущих статьях.

Теперь вы знаете, что ждёт наше солнце, и почему не нужно боятся, что оно вдруг погаснет или взорвётся. С точки зрения тех знаний о звёздах, которыми мы обладаем на текущий момент, это теоретически невозможно.

И я очень надеюсь, что теперь выражение «Мы все звёздная пыль» приобретёт для вас иной, практический характер. Мы все, вы и я, всё, что нас окружает, действительно звёздная пыль, так как состоим из элементов, которые были рождены в недрах звёзд и во взрывах звёзд.

При написании статьи использованы материалы из Википедии и других источников в интернете, ссылки на которые не позволяет разместить политика данного ресурса.