что такое звезда

Что такое звезда: как образуются и угасают звезды?

Что такое звезда в космосе? В результате чего образуются Новые и Сверхновые звезды? Как происходит эволюция звезд?


В ясную безоблачную ночь мы смотрим на небо и видим сотни тысяч мерцающих бликов, которые кажутся украшениями на темном теле небесного мрака — всепроникающей тьмы, которая, кажется, стремится поглотить все!  

Эти крошечные блики — звезды. Но что такое звезда? Как она образуется? Что происходит, когда она исчезает? Это наиболее распространенные вопросы, которые большинство из нас задавали нашим родителям и учителям. В этой статье мы подробно разберем эти и многие другие темы. Готовы? Давайте начнем…


Вспомните, каково это — смотреть на звездное небо



Что такое звезда? Определение

Звезда — это гигантский газовый шар. Газ в ней настолько горячий, что он светится. Звезда состоит в основном из двух элементов — водорода и гелия. Вопрос может возникнуть: “Если звезда сделана из газа, почему газ не рассеивается?” 

Это действительно хороший вопрос. Вот ответ на него: газовый шар настолько велик, что атомы газа удерживаются вместе под действием собственной гравитации. 

газовый шар

Теперь возникает еще один вопрос: «Если гравитация удерживает форму звезды, почему из-за нее звезда не “сжимается” к центру?»

Да, это именно так и происходит. Внутри шара гравитация настолько интенсивна, что атомы газа фактически падают в центр и вызывают огромное повышение температуры. Именно эта высокая температура вызывает ядерную реакцию, называемую “реакцией синтеза”. При ней элементарные атомы соединяются, образуя тяжелые элементы.

Когда происходит это слияние, высвобождается огромное количество энергии. Эта энергия оказывает внешнее давление, идущее из центра, и действует как уравновешивающая сила против внутреннего гравитационного притяжения. Это сохраняет звезду такой, какая она есть, и не дает ей разрушиться из-за гравитации.



Как образуются звезды: цикл жизни звезды

Все звезды следуют одному и тому же циклу рождения и смерти. Вот его этапы:

Давайте посмотрим на каждую стадию отдельно и поймем, как образуется звезда, и что происходит с ней в течение жизни. 

Этап 1: Газ и пылевое облако: туманность

Есть газ и пыль, которые разбросаны по всей вселенной и присутствуют почти в каждой галактике. Эти газ и пыль просто находятся там, ничего не делая.

Тем не менее, стабильное состояние газа и пыли может быть гравитационно нарушено внешним событием, таким как проходящая комета или взрыв сверхновой где-то поблизости. Так начинается процесс образования звезд.

Внезапное гравитационное возбуждение заставляет газы и пыль сталкиваться друг с другом и слипаться, образуя огромные облака — туманности.

туманности звезд

Одна туманность может растягиваться на сотни и тысячи световых лет. Эти туманности иногда называют «звездными питомниками». То есть звезды образуются внутри этих огромных облаков.

Этап 2: Протостар (Рождение Звезды)

Внутри туманности то и дело возникают турбулентности, из-за которых создаются скопления большого количества газов и пыли.  Эти узлы или комки, начинают “тереться” друг от друга из-за собственного гравитационного притяжения. Когда этот коллапс продолжается, материал в центре начинает постепенно нагреваться.

Это горячее ядро ​​называется Protostar. Он располагается в самом центре коллапсирующего облака, и однажды станет звездой. Протозвезда будет расти в течение некоторого времени, так как все больше и больше облаков будет притягиваться к ней. В результате температура ядра также будет продолжать расти.

Этап 3: Звезда Главной последовательности

В какой-то момент протозвезда достигает критической температуры, когда атомы водорода начинают плавиться, образуя атомы гелия. Это называется “реакцией синтеза”. 

Когда начинается реакция синтеза, высвобождается огромное количество энергии. Коллапс газа и пыли продолжается до тех пор, пока энергия, выделяемая реакцией синтеза, не станет равной гравитационному притяжению в ядре. Такое состояние называется “гидростатическим равновесным состоянием”, и протозвезда становится тем, что известно как Звезда Главной последовательности.

«Мы покорили открытый космос, но не свой внутренний мир».

Джордж Карлин

Что на самом деле происходит на стадии гидростатического равновесия?

Ядро ​​звезды оказывает гравитационное притяжение, но в то же время энергия, выделяемая реакцией синтеза, выталкивается наружу из центра. Таким образом гравитационное притяжение ядра внутрь и выброс энергии наружу уравновешивают друг друга, и звезда приобретает сферическую форму. Это фаза зрелости звезды.


Вы знали?

  • Звезде может потребоваться миллионы лет, чтобы достичь совершеннолетия с самого начала коллапса. Нашему солнцу потребовалось 50 миллионов лет, чтобы достичь совершеннолетия!
  • Большинство звезд, которые мы видим во вселенной, являются звездами главной последовательности.
  • Звезды Главной Последовательности остаются в зрелом возрасте очень долго, до миллиардов лет. Например, наше Солнце пробудет звездой Главной последовательности в общей сложности 10 миллиардов лет (из которых 4,5 уже прошло). 
  • Звезда остается звездой Главной последовательности, пока есть топливо для реакции ядерного синтеза. Это означает, что до тех пор, пока есть атомы водорода для слияния в атомы гелия, взрослая жизнь звезды будет продолжаться. Когда у звезды заканчивается топливо, она вступает в фазу смерти.
  • Звезда обычно проводит 90% своей жизни на этапе Главной последовательности.
  • Как долго продлится этап Главной последовательности, зависит от размера звезды и от того, насколько она горячая.

Этап 4: Смерть звезды в космосе

Здесь история жизни звезды становится действительно интересной.  

Есть одно правило: чем больше звезда, тем короче ее продолжительность жизни. 

Угасание звезды отмечена фазой, в которой весь водород, присутствующий в ядре, сгорает с образованием гелия.  Когда в ядре больше не остается водорода, реакция ядерного синтеза останавливается. Звезде больше нечем поддерживать свою жизнь. Гидростатическое равновесие нарушается, и ядро ​​звезды начинает разрушаться, а его температура увеличиваться.

В то же время, вне ядра, звезда все еще может содержать водород. Это означает, что реакция синтеза будет продолжаться в оболочке. Энергия, выделяемая ей, заставит оболочку расширяться.  

Одновременно внешние слои будут выталкиваться наружу все более горячим ядром. По мере того как оболочка продолжит расширяться, она будет охлаждаться. В итоге звезда станет так называемым красным гигантом

звезда красный гигант

Если умирающая звезда очень массивна, то ее коллапсирующее ядро достаточно большое, чтобы вызвать другие реакции ядерного синтеза. Это означает, что гелий в коллапсирующем ядре будет сливаться вместе и образовывать более тяжелые элементы, например, железо.

К сожалению, такие экзотические реакции ядерного синтеза не очень стабильны. Иногда ядро ​​сгорает или просто гаснет. Эта нестабильность в конечном итоге заставляет всю звезду пульсировать. Пульсирующая звезда затем сбрасывает свой расширенный внешний слой, образовывая вокруг ядра кокон из пыли и газа. 

С этого момента размер ядра будет определять окончательную судьбу звезды. Дальше только интереснее!



Классификация звезд

Итак, что может произойти со звездой дальше?

Белые карлики

Белые карлики образуются из средних звезд по массе примерно равных нашему Солнцу. Да, наше Солнце — средняя звезда, и любая звезда массой, в 1,4 раза превышающей массу нашего Солнца, также будет считается средней.  

Как только такие звезды Главной последовательности освобождаются от внешних слоев из-за пульсаций, внутреннее ядро ​​становится “открытым”. Это ядро очень горячее и известно как Белый карлик. 

Белые карлики примерно того же размера, что и наша родная планета Земля. Однако они имеют гораздо большую массу. Астрономы долго были озадачены этим. Они вопрошали: “Если у Белого карлика такая большая масса, почему он не сворачивается сам в себя?”. Ответ на этот вопрос довольно интересный.

Оказывается, что внутри Белого карлика есть быстро движущиеся электроны, которые оказывают внешнее давление и предотвращают коллапс Белого карлика.  

Вот несколько интересных фактов о этих звездах:

  • Чем больше звезда Главной Последовательности, тем массивнее будет ее ядро. Следовательно, тем плотнее будет Белый карлик.
  • Чем меньше диаметр Белого карлика, тем больше его масса!
  • Только средние звезды становятся Белыми карликами. Это означает, что нашего Солнце превратится в Белого карлика.
  • Если звезда имеет массу, превышающую массу Солнца в 1,4 раза, она не сформирует Белого карлика, потому что внешнее давление, создаваемое быстродвижущимися электронами в ядре, не сможет уравновесить гравитационный коллапс. Таких звезд ждет другая судьба.

Новые

Может случиться так, что Белый карлик становится частью двойной звездной системы или системы из нескольких звезд. В таком случае вполне возможно, что он будет находиться достаточно близко к своим спутникам (звездам). Близость может позволить Белому карлику притягивать материю (в основном водород) из внешнего слоя звезды-компаньона. Это приведет к формированию внешнего слоя для самого Белого карлика.

Если Белому карлику удастся “втянуть” достаточное количество вещества, реакция синтеза в нем может возобновиться. Тогда он внезапно станет намного ярче. 

В этом случае Белый карлик станет Новой, но реакция слияния на поверхностном слое заставит его расширяться, и в конечном итоге под действием взрыва внешняя оболочка все равно будет разрушена. Как только поверхностного слоя не станет, вновь обретенный свет Белого карлика исчезнет в течение нескольких дней. Затем он перезапустит цикл и снова сформирует Новую.

Если Белый карлик очень большой и сформирован из звезды намного больше нашего Солнца, то он может затянуть достаточное количество водорода, чтобы разрушиться из-за собственного гравитационного притяжения — взорваться и стать Сверхновой.

Сверхновые

Это настоящий космический фейерверк. Сверхновые звезды “рождаются” из звезд Главной последовательности, которые тяжелее нашего Солнца в 8 раз и более. 

сверхновая звезда

Если кратко, то сверхновая сильно отличается от Новой. В Новой взрывается только внешний слой, а в Сверхновой еще и ядро.

В очень больших Звездах Главной последовательности происходит множество экзотических ядерных реакций в ядре, и в конечном итоге образуется железо. Образование железа означает, что звезда больше не может производить энергию.

Конечно, можно утверждать, что следующий раунд реакции синтеза может превратить железо в более тяжелые элементы и высвободить энергию. Но этого не произойдет, потому что для ядерной реакции по превращению железа в более тяжелые металлы энергия не выделяется, а потребляется. Таким образом, дальнейшая реакция ядерного синтеза невозможна. 

На этой стадии (поскольку нет энергии для противодействия гравитации) железное ядро ​​разрушается само по себе. Ядро с поперечным сечением около 5000 миль разрушается за несколько секунд.

Происходит чрезвычайно сильный взрыв, и высвобождается столько энергии, что мы просто не можем себе этого представить. Такой быстрый крах повышает температуру звезды как минимум на 100 миллиардов градусов.

Этот взрыв называется взрывом сверхновой, и когда он происходит, то может на несколько дней и недель затмить собой всю галактику.

Таким образом, срок жизни Сверхновой относительно короткий.

Что происходит после взрыва Новой и Сверхновой?

Материал, который выделяется из Новых или Сверхновых, смешивается с газом и пылью, присутствующими между звездами.  Тяжелые элементы и другие химические соединения перерабатываются и снова используются для создания звезд, планет и других небесных объектов!

Нейтронная звезда

Если ядро сверхновой очень велико, оно ​​будет продолжать коллапсировать до того момента, когда протоны и электроны станут сливаться вместе, образуя нейтроны. Это приведет к появлению нейтронной звезды.  

Нейтронные звезды очень плотные. Они обладают чрезвычайной гравитационной силой даже на поверхности.

Если такие нейтронные звезды образуются в двойных или множественных звездных системах, они будут накапливать массу, втягивая газ от соседних звезд. Мощные магнитные поля нейтронной звезды будут ускорять все атомы вблизи ее полюсов.  Это ускорение приведет к мощным излучениям. 

Черная дыра

В Сверхновой, если ядро ​​имеет массу, превышающую массу Солнца в 3 раза, оно ​​полностью разрушится и приведет к созданию Черной Дыры. Чёрная дыра будет очень плотной, и всё вещество в ней будет упаковано в бесконечно малую точку, называемую «Сингулярностью«. 

Гравитация в Черной дыре настолько интенсивна, что ничто не сможет вырваться с ее орбит. Когда мы говорим “ничто не может вырваться”, мы также имеем в виду свет. Поскольку свет не может преодолеть гравитацию Черной дыры, мы не можем ее видеть. 

черная дыра в космосе

Как же обнаружить Черные дыры? Есть косвенный метод. Когда Черная дыра затягивает материю, вокруг нее создается спиральный диск, который нагревается до огромных температур и испускает гамма-лучи и рентгеновские лучи. Мы можем обнаруживать эти лучи, и это позволяет находить черные дыры.



Заключение

Теперь, когда мы знаем, что такое звезда, как она рождается и умирает, может показаться, что мы узнали все. Увы, мы далеки от этого. Нам нужно гораздо больше, чтобы ответить на вопрос: “Что такое звезда?”


Что в Черной дыре?





Нравится статья? Поделитесь на своей стене!



8 комментариев

  • Я даже и подумать не могла, что звезды именно так образуются) Особенно информация о новых и сверхновых для меня шокирующая)

  • Взахлеб читала! Обожаю космос и все, что с ним связано! Ждк новых статей на эт тему!

  • Удивительно… С какой же все-таки точностью устроен этот мир! Звезды образуются и угасают, солнце встает и садится. Кто это все придумал?)

  • Согласен, все это крайне удивительно. Думаешь о звездах и понимаешь насколько коротка наша жизнь…

  • Рождение звезд — тема очень сложная, но автор умудрился ее простым языком объяснить. Это впечатляет. Подписалась на вашу рассылку)

  • Я слышала, что все звезды на самом деле — это планеты. И Солнце тоже планета. Вроде по ведической концепции мира. Интересно, что бы сказали знатоки вед, прочитав эту статью?

  • Тоже верю больше ведическому взгляду на мир. Современной науке еще ой как далеко до понимания космоса, а в ведах уже есть все знания о нем. Наука их только подтверждает.

Добавить комментарий

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