Как появляются звезды в космосе


В середине XIX века теории о появлении звезд высказывали многие люди, но самую серьезную гипотезу того времени традиционно связывают с именами Кельвина и Гельмгольца. Изначально предполагалось, что причина свечения Солнца и других звезд очень проста: на них падает какое-то вещество, при ударе оно нагревается и начинает светиться. Более научными словами, кинетическая энергия превращается в тепловую, а та — в энергию излучения. Дальше эта мысль развивалась: чтобы обеспечить наблюдаемую светимость Солнца, на него должно падать много вещества, и нам должно быть видно, как оно пролетает мимо Земли, но его не обнаружили. Тогда исследователи предположили, что этап падения вещества на Солнце был в прошлом, но в процессе падения накопилась энергия и благодаря ей Солнце до сих пор светится.

В рамках физики того времени это было очень удачное предположение: оно было довольно простым и логичным (упало — ударилось — разогрелось — засветилось) и хорошо согласовывалось с данными о светимостях и температурах звезд, которые в то время впервые стали доступными для измерений.


азалось, что температура и светимость не произвольные величины, а зависят друг от друга. Для большинства звезд большая яркость означает высокую температуру, и, наоборот, чем холоднее звезда, тем она тусклее. В рамках сценария с падением это тоже казалось очень ясным и логичным: яркие и горячие звезды — это те, на которые вещество только-только перестало падать, и они переживают максимум своей светимости, а затем потихоньку станут гаснуть и остывать, превращаясь в тусклые холодные светила.

На рубеже XIX и XX веков астрофизик Джеймс Джинс обосновал эту картину математически, показав, что процесс сжатия действительно может инициироваться гравитацией. Привлекательной особенностью этой модели было то, что в ней не играло роли, что за вещество падает на звезду — камни, газ, все что угодно. Просто выделяется кинетическая энергия, из-за того что нечто летит с очень большой скоростью.

Такой подход позволял легко вычислить возраст Солнца: запасенная гравитационная энергия известна благодаря формулам из ньютоновской теории, светимость (то есть скорость потери энергии) измерена, можно разделить энергию на скорость ее высвечивания и узнать, сколько времени Солнце могло существовать таким образом. По расчетам вышло, что ему отведено 30 миллионов лет. На рубеже веков этот возраст показался вполне правдоподобным.

r _ngcontent-sc26="">
Но прошло время, и в начале XX века геологи заговорили о том, что возраст земных горных пород, а значит, и возраст Земли составляет сотни миллионов, если не миллиардов лет. Альфред Вегенер как раз начал высказывать свои идеи о движении материков, которое происходило как минимум 200–300 миллионов лет назад. Значит, возраст Земли никак не меньше этого срока, и получалось, что она старше Солнца. В то время было много предположений о том, как сформировалась Солнечная система, но все они исходили из того, что либо планеты и Солнце появились одновременно, либо Солнце появилось несколько раньше. Идея, что Солнце могло появиться после Земли, казалась совершенно искусственной. Поэтому стало понятно, что механизм гравитационного сжатия не подходит и в реальности в солнечных и звездных недрах действует какой-то другой источник энергии.

В то же время, в первые десятилетия XX века, начала развиваться ядерная физика. Стало понятно, что химические процессы и разогрев газа при сжатии — это не единственный источник повышения температуры, а существуют некоторые внутриатомные, внутриядерные процессы, которые могут питать Солнце и звезды энергией. Ядерные реакции деления действительно способны обеспечивать светимость Солнца на протяжении многих миллиардов лет. Но для этого надо предположить, что Солнце практически полностью состоит, например, из урана. Эта идея казалась маловероятной, потому что на Земле урана очень мало, в горных породах он встречается только как очень незначительная примесь.


Источник: postnauka.ru

Когда звезды подмигивают нам с ночного неба, вряд ли мы задумываемся о том, что видим их такими, какими они были сотни и тысячи лет назад. Именно столько требуется фотонам, чтобы достичь наших глаз, двигаясь со световой скоростью. 

                        
Многие из далеких солнц, вероятно, уже давным-давно погасли, другие, пока невидимые для нас, уже успели родиться. Об их появлении рано или поздно узнают наши потомки.

 

Строительный материал для звезд

 

Для появления на свет новой звезды требуется огромное количество водорода ? простейшего из всех существующих молекул. Она состоит из двух атомов, а те, в свою очередь, из ядра с одним протоном, вокруг которого расплылся в квантовом облаке один единственный электрон.

 

А еще необходим дейтерий, тяжелый водород, в ядре которого помимо протона содержится еще один нейтрон ? элементарная частица, не имеющая электрического заряда.

 

Водород ? одно из первых веществ, образовавшихся после Большого Взрыва, после того как раскаленная до невероятных температур материя в виде протонов, нейтронов, электронов и других элементарных частиц начала конденсироваться.

 


Как появляются звезды в космосе

Снимок ближайшей к Солнцу звезды – Проксимы Центавра

©ESA/Hubble & NASA

 

Сразу после Большого Взрыва

 

Молекулы водорода образовывались в гигантских количествах, когда температура юной Вселенной несколько понизилась, и протоны начали объединяться с электронами.

 

Эта фаза началась по современным представлениям уже через одну секунду после Большого Взрыва и продолжалась в течение трех минут; за это время температура Вселенной резко упала.

 

Молодая Вселенная состояла на 75% из водорода, с 25% гелия, a также следами других элементов ? до бора (не считая антиматерии).

 

Строительный материал для рождения звезд был готов, но одного наличия водорода было мало. Молекулы должны были сконденсироваться настолько, чтобы гравитационная сила притяжения между ними привела к термоядерной реакции.

 

Непосредственно после Большого Взрыва материя была равномерно распределена в пространстве и, вероятно, так бы и осталась водородным облаком, если бы не квантовые флуктуации, которые привели к колебаниям плотности газа и создали определенные структуры.

 


Как появляются звезды в космосе

Рассеянное звездное скопление Плеяды в созвездии Тельца

©Roberto Colombari  

 

Звездная колыбель

 

Следы этих структур до сих пор можно обнаружить в виде космического фонового излучения и межзвездных туманностей во Вселенной, состоящих из водорода и гелия. Именно из такого водородного облака и образуются звезды, когда плотность газа достигает определенного, очень высокого уровня.

 

При этом температура газа возрастает, и его молекулы начинают вращение. Чем плотнее становится облако, тем вращение усиливается, молекулы водорода сталкиваются и излучают фотоны в инфракрасном спектре.

 

При вращении молекулярное облако, именуемое также звездной колыбелью, коллапсирует, но одновременно возникают центробежные силы, которые отталкивают сгущающуюся материю наружу. Так возникает протопланетный диск, в котором могут сформироваться планеты ? скорее всего это будут газовые гиганты, вроде Юпитера. 

 

Как появляются звезды в космосе


Звездное сверхскопление Westerlund 1

©ESO/VPHAS+ Survey/N. Wright

 

Рождение звезды

 

Примерно через 50 млн лет газовое облако, наконец, становится протозвездой ? вращающимся плазменным шаром. При этом молекулы водорода из-за чудовищных температур разрушаются, образуя отдельные атомы.

 

Какая-то часть протозвезд так и не достигает температуры, необходимой для термоядерного синтеза. Такие протозвезды образуют коричневые карлики, которые постепенно остывают в течение нескольких сотен млн лет. Их масса невелика ? всего 1–10 % солнечной.

Но в крупных протозвездах процесс коллапса продолжается, внутренняя температура возрастает, пока энергия атомов водорода не достигает критического значения, при котором начинается термоядерная реакция. Энергия гравитации превращается в тепло, плазменный шар начинает излучать, гравитационный коллапс приостанавливается ? наша звезда готова. 

 

Как появляются звезды в космосе

Взрыв сверхновой в галактике M82 в созвездии Большая Медведица  


©UCL/University of London Observatory/Steve Fossey/Ben Cooke/Guy Pollack/Matthew Wilde/Thomas Wright

 

Жизнь и смерть звезды

 

В результате термоядерной реакции водород превращается в гелий, звезда функционирует подобно нашему Солнцу. Через несколько миллиардов лет весь водород внутри звезды оказывается исчерпанным, водородное ядро превращается в гелиевое, хотя во внешней оболочке реакции все еще продолжаются.

 

Гелиевое ядро становится все крупнее и крупнее, масса его растет, вновь начинается гравитационный коллапс. Во время этой фазы звезда становится красным гигантом.

 

Внутри ядра звезды под влиянием гравитационного сжатия вновь проходят термоядерные реакции: гелий превращается в другие элементы: углерод, затем кислород, кремний ? вплоть до железа.

 

Вот и пришел конец нашей звезде. Если она достаточно массивна ? раз в восемь тяжелее нашего Солнца, то может превратиться в сверхновую, которая при взрыве разлетается в открытом космосе. Вспышки сверхновой могут быть при этом ярче своих галактик.  

 

Образующаяся при этом ударная волна может привести к сжатию других межзвездных облаков и образованию новых звезд. Впрочем, зачастую сияние новых звезд может запустить цепную реакцию, которая дает толчок рождения новых светил. Так образуются целые звездные поколения.

 

При этом из разлетевшейся материи сверхновых могут сформироваться твердые планеты вблизи новообразующихся звезд, а также многочисленные астероиды, несущиеся в межзвездном пространстве. 


 

Источник: naked-science.ru

В прошлом году космическая обсерватория с инфракрасными телескопами Гершель начала свою работу. Результаты не заставили себя долго ждать. Недавно астрономы получили снимки тысячи галактик, облаков пыли и газа в Млечном пути, и, самое главное, звезды из далекой галактики. Примечательна звезда, находящаяся в состоянии формирования, тем, что она … невозможна. Именно так окрестили ее астрономы. Результаты нового исследования подвергают сомнению старые идеи о формировании звезд.

По словам астрономов, «невозможная» звезда, расположенная в облаке пыли и газа RCW 120, настолько огромна, что наше Солнце рядом с ней – просто карлик; но озадачены ученые тем, как она появилась.

Вполне возможно, что новая звезда станет одной из самых больших и ярких звезд в нашей галактике за последние сто тысяч лет. Она уже в 10 раз превосходит массу Солнца. Вдобавок, вокруг нее все еще есть газ и пыль, превышающие массу Солнца в 2000 раз, так что звезда продолжит увеличиваться в размерах.

Такие огромные звезды встречаются очень редко, и живут недолго. Именно поэтому возможность наблюдать за формированием такой звезды может помочь в разрешении одного из астрономических парадоксов.


Анни Заваньо, специалист Французской лаборатории астрофизики, говорит, что до сих пор среди ученых бытовало мнение о том, что формирующиеся звезды не могут превышать массу Солнца более чем в 8 раз. Объясняется это просто: излучения таких огромных звезд отталкивают от себя облака пыли и газа, которые и являются основным строительным материалом звезд.

Но каким-то образом они все-таки формируются. Масса некоторых из таких «невозможных» звезд превышают массу Солнца в 150 раз. Эта звезда опровергнет предыдущие теории.

Гершель может наблюдать за процессом формирования звезд, так как пыль и газ, окружающие их, выпускают лучи на инфракрасной волне. Именно эти волны и изучает Гершель. Этот телескоп в 1,5 раза больше знаменитого Хаббла, и, благодаря своему разрешению, может наблюдать за рождением звезд.

Итальянский астроном Серджио Молинари говорит, что до исследований с помощью Гершеля не было понятно, как материал в Млечном пути собирается в одном месте, причем достигает нужной плотности и низкой температуры, необходимой для формирования звезд.

Другие фотографии, сделанные Гершелем, показывают процесс формирования других звезд. Зародыши звезд появляются внутри нитей светящейся пыли и газа. Они формируют так называемые звездные фабрики, длиной в десятки световых лет.


Гершель измерил инфракрасные лучи, исходящие из других галактик. Именно их яркость позволит определить процент появления звезд. Другими словами, чем ярче галактика, тем больше в ней звезд.

Новые данные показывают, что галактики развиваются гораздо быстрее, чем предполагали астрономы. Они считали, что звезды формируются на той же скорости, что и последние три миллиарда лет. Но Гершель показывает, что это далеко не так. Сейчас звезды формируются быстрее и чаще, но до сих пор непонятно, в чем причина такого бурного формирования звезд. Возможно, Гершель поможет это понять.

Источник: www.infoniac.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

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

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.