История звезды: от облака до черной дыры

История звезды: от облака до черной дыры

Помните карамзинское «Ничто не вечно под Луной…»? Так вот, и над Луной тоже ничего вечного нет, и на многие миллиарды километров (и даже световых лет) вокруг Луны все так же нестабильно и, если можно так сказать, смертно. Даже звезды, которые, кажется, светят всегда, вовсе не вечны — они тоже рождаются, растут, стареют и умирают. Но жизнь их, как и жизнь действительно живых существ, насыщена событиями и красками. Причем порой красота этих событий оказывается поистине невероятной.

История звезды: от облака до черной дырыВспышка сверхновой 1993J в галактике M81. Источник: spacetelescope.org

Давайте попробуем ускорить время и во много раз быстрее скорости света просмотреть всю жизнь звезды, от её рождения до самой смерти. Поверьте, красивых моментов в этой жизни очень много.

История звезды: от облака до черной дырыМощный выброс вещества из солнечной короны 31 августа 2012 года. Источник: NASA Goddard Space Flight Center

Звезды рождаются в гигантских молекулярных облаках. Сами ученые поэтично называют их звездными колыбелями — именно такие сгустки вещества во вселенной производят в мрак и холод тысячи и миллионы новых звезд.

История звезды: от облака до черной дырыТуманность Конская Голова — родильный дом для огромного числа звезд. В её основании находятся звезды, которые только формируются, на фотографии слева вверху — уже сформировавшиеся молодые звезды, свет которых разгоняет само облако, а яркая молодая звезда вверху испускает свет, который и очерчивает само облако. Автор: Ken Crawford

Характерный пример такой звездной колыбели — туманность NGC604 в Галактике Треугольника:

История звезды: от облака до черной дырыИсточник: NASA, Hui Yang University of Illinois

Ширина этой туманности составляет примерно 1500 световых лет (примерно 14 миллионов миллиардов километров), а общая масса из-за гигантских размеров в миллионы раз превышает массу Солнца.

История звезды: от облака до черной дырыТа же NGC604, но в другом масштабе. Источник: caelumobservatory.com

В каждом кубическом сантиметре такого облака содержится несколько миллионов молекул — значительно меньше, чем в воздухе на Земле. Такое облако разряжено, но давление в нем больше, чем в межгалактическом вакууме. В норме с самим облаком ничего не происходит, но если оно сталкивается с другим облаком, или через него пролетает настоящая звезда, или недалеко (по космическим масштабам) от него взрывается сверхновая звезда — могут быть и другие причины — здесь происходят возмущения и в разных участках начинают формироваться сгустки молекул.

История звезды: от облака до черной дырыТуманность Ориона — ещё одни ясли для звезд. Любительское фото. Источник: rawastrodata.com

Там, где возмущения слишком сильны и даже кратковременно превышают силу отталкивания между самими молекулами, сгустки молекул становятся достаточно тяжелыми и приобретают общее гравитационное поле. Такой сгусток напоминает снежок, катящийся по снежному склону — из-за гравитации он притягивает новые молекулы, они налипают на него, увеличивают его массу, а следовательно, и гравитацию, что облегчает притягивание новых частиц. Процесс приобретает лавинообразный характер и сгусток быстро растет.

История звезды: от облака до черной дырыФотография протозвезды IRAS 20324+4057, находящейся на очень ранней стадии развития. По сути, это пока ещё только сгусток разогретого газа, в котором не протекают ядерные реакции. Фото сделано в телескоп Hubble. NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

В это время он напоминает облако, все ещё очень разряженное, но уже достаточно горячее и тяжелое. Из-за накопления вещества излучение внутри облака уже не может выйти за его пределы и приводит к разогреву его. Появляется протозвезда — своеобразный звездный эмбрион. Когда внутри него под действием гравитации протозвезда сжимается настолько, что её вещество уже не может свободно перемещаться в ней, она превращается в большой плотный газовый шар, видимый в оптические приборы.

История звезды: от облака до черной дырыПротозвезда, окруженная газовым кольцом и пылевым облаком. В разрыве пылевого облака из самой пыли сформировалась планета, близкая по размерам к Юпитеру. Автор: David A. Aguilar

Всё, звезда родилась. В среднем от первичного возмущения в звездной колыбели до этого момента проходит около 2 миллиардов лет.

История звезды: от облака до черной дырыТуманность Замочная Скважина. Слева вверху хорошо видно молекулярное облако Божий Перст. Предполагается, что образованные в туманности и в самом облаке молодые звезды своими излучениями и ветрами развеют его. Источник: hubblesite.org

Это, можно сказать, идеальный случай — рождение одной звезды из одного сгустка. Такое происходит, если сам сгусток не вращается. В действительности те силы, которые миллионы лет назад привели к формированию первоначального сгустка, на протяжении всего этого времени с той или иной скорости вращают его. Из-за такого вращения протозвезды могут вытягиваться вдоль оси, разделяться и на месте сгустка могут формироваться звездные скопления, системы из двойных и тройных звезд, а также такие системы, как наша Солнечная, где из основной части сгустка формируется звезда, а из рассыпающихся его остатков — другие небесные тела.

История звезды: от облака до черной дырыЗвезда Шольца — система из красного и бурого карликов. Она облетала Солнечную систему примерно 70 000 лет назад и сейчас находится на расстоянии 20 световых лет. Яркая звездочка слева — Солнце. Интерпретация Michael Osadciw
История звезды: от облака до черной дырыРентгеновская двойная звезда, или микроквазар — система из двух звезд, связанных друг с другом мощными гравитационными силами, в которой одна звезда — обычная (внизу), а вторая — или нейтронная, или черная дыра (в данном случае — черная дыра). Вещество постоянно перетекает от звезды к черной дыре, формируя вокруг неё аккреционный диск. Источник: hubblesite.org

Главная характеристика звезды, отличающая её от протозвезды — это протекающие в её недрах ядерные реакции. Они возникают из-за чудовищного гравитационного сжатия вещества массой самой звезды. Эти реакции разогревают звезду и являются источником излучения энергии в пространство.

История звезды: от облака до черной дырыМощнейшие вспышки на красном карлике в созвездии Гончих Псов 23 апреля 2014 года. Изображение NASA’s Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger

Если звезда очень мала (примерно в 13 раз меньше массы Солнца), она за определенное время «выгорает», остывает и превращается в коричневого карлика.

История звезды: от облака до черной дырыГипотетический вид с планеты, движущейся по орбите вокруг системы из обычной яркой звезды и бурого карлика. Яркая звезда освещает поверхность планеты, над которой виден сам карлик. Автор: JustV23
История звезды: от облака до черной дырыДвойная звезда 2MASS J04414489+2301513 из двух бурых карликов. Вокруг одного из них видно пылевое облако, которое, скорее всего, никогда не превратится в ещё одну звезду из-за недостаточной массы. Изображение: Gemini Observatory, courtesy of L. Cook

Более крупные звезды в стадии своей зрелости от 2 до 10 млрд лет разогреваются из-за все тех же ядерных реакций, пока не израсходуют всё своё ядерное топливо. Наше Солнце сегодня находится примерно в середине этого срока: его температура и светимость постоянно растет. В ядре его каждую секунду сгорает примерно 400 млн тонн вещества, и небольшая доля образующейся при этом энергии освещает и согревает крошечную Землю.

История звезды: от облака до черной дырыСолнце и одна из его планет. Автор: jangkrik02

По расчетам астрономов, Солнцу сегодня около 4,5 млрд лет.

История звезды: от облака до черной дыры© nasa.gov

К концу периода зрелости в звезде выгорает весь водород, она немного остывает и начинает сжиматься, поскольку гравитационные силы в ней не компенсируются давлением раскаленных газов. Когда это сжатие достигает определенной силы, в звезде запускаются термоядерные реакции выгорания гелия, её резко «разносит» и она может увеличиваться в размерах в десятки раз. Звезда превращается в красного гиганта и начинается её старость.

История звезды: от облака до черной дырыКрасный Прямоугольник — выброс пыли и газа двойной звездой, в которой главным объектом является красный гигант, а компаньоном — белый карлик. Фото: spacetelescope.org

Если масса звезды меньше, чем половина солнечной, то её не хватает для запуска реакций с участием гелия. Такие звезды просто остывают и испускают инфракрасное тепловое излучение. Их называют красными карликами.

История звезды: от облака до черной дырыДвойная звезда из массивного белого карлика и более крупного красного карлика. Гравитационное поле белого карлика настолько мощное, что он искажает лучи света от своего компаньона. Фото: nasa.gov

Другие звезды-пенсионеры полыхают, сжигая гелий, примерно миллиард лет. Если звезда невелика (примерно с Солнце), то из-за сильнейших пульсаций при выгорании гелия газовая оболочка её взрывается и разлетается в межзвездное пространство. В центре взрыва остается тяжелое твердое ядро, которое все ещё имеет высокую температуру и светит. Оно называется белым карликом.

История звезды: от облака до черной дырыПланетарная туманность NGC 3132 — продукт взрыва старой звезды. Внутри туманности виден оставшийся белый карлик, который на самом деле является двойной звездой. Предполагается, что наше Солнце сбросит свою оболочку похожим образом примерно через 6 млрд. лет. Фото: J. Ruebush, Hubble Legacy Archive

Когда это ядро остывает и перестает светить, то превращается в черного карлика. По сути, это болтающаяся в космосе «каменюка», которая весит примерно как половина Солнца, но имеет размер всего лишь с нашу Землю.

История звезды: от облака до черной дырыЧерный карлик. Фото: pics-about-space.com

Примерно такая участь, скорее всего, ждёт наше Солнце.

История звезды: от облака до черной дырыКольца из мусора, пыли и астероидов вокруг остывающего белого карлика. Фото: spacetelescope.org

Более массивные звезды продолжают сжиматься до чудовищной плотности — в сотни миллионов раз больше плотности металлов. Они имеют диаметр около нескольких километров и весят примерно столько же, сколько Солнце.

История звезды: от облака до черной дырыБелый карлик (слева вверху), своим излучением разрушающий приближающийся к нему астероид. Источник: forbes.com

Рано или поздно звезды сжимаются до такой степени, что ученые даже не могут сказать, что происходит в этот момент внутри них. Но результатом происходящих там реакций становится взрыв невообразимой силы, в результате которого огромное количество вещества и энергии разлетается в космическое пространство. Такой взрыв называется вспышкой сверхновой.

История звезды: от облака до черной дырыВспышка сверхновой. Источник: digital.guide
История звезды: от облака до черной дырыРеконструкция вспышки сверхновой 1987A, сделанная на основании снимков в телескоп. Источник: scitechdaily.com

Кстати, именно потоки вещества после такого взрыва, сталкиваясь со звездной колыбелью, могут вызвать в ней возмущение и рождение новых звезд.

История звезды: от облака до черной дырыКрабовидная туманность в созвездии Тельца представляет собой продукты взрыва сверхновой. Источник: hubblesite.org

На месте взрыва остается ядро звезды. Если масса его находится в определенном диапазоне, это ядро превращается в нейтронную звезду. По сути, это очень плотно прижатые друг к другу атомные ядра и нейтроны, и больше ничего.

История звезды: от облака до черной дырыНейтронная звезда в центре вспышки сверхновой. Автор: Benny85

Такая звезда может вращаться с огромной скоростью — до 500-600 оборотов в секунду. При этом она излучает свет не сплошь вокруг себя, а небольшой «струей», как фонарик, и струя эта постоянно движется. Когда этот луч света «пробегает» по Земле, в телескопы видно краткое мигание в том месте, где звезда находится. Это мигание повторяется с определенной частотой, словно пульсируя, и такие звезды называются пульсарами.

История звезды: от облака до черной дырыНейтронная звезда в окружении пыли и газа. Автор: Slush
История звезды: от облака до черной дырыНейтронная звезда настолько массивна, что своим гравитационным полем притягивает испускаемые ею же лучи света, искажая траекторию их движения. Источник: dailygalaxy.com

Если ядро после вспышки сверхновой оказывается слишком массивным, из-за своей громадной гравитации оно начинает втягивать в себя не только окружающее вещество, но и потоки света. А сами лучи света, которые могли бы отражаться от него, падают на его поверхность под действием все того же притяжения. Такой объект невозможно увидеть — это просто черная дыра в космосе, которая затягивает в себя абсолютно всё. Так она и называется — черная дыра.

История звезды: от облака до черной дырыГипотетический вид черной дыры перед Большим Магеллановым облаком. Из-за эффекта гравитационной линзы само облако раздваивается, а видимая над дырой полоса Млечного Пути искривляется и превращается в арку. Источник: Alain_r

Что происходит в дальнейшем с нейтронными звездами и черными дырами, достоверно не может сказать никто. Существуют различные гипотезы их истории, но все они построены лишь на предположениях. Сами черные дыры никто ещё не видел (их и не возможно увидеть), а доказательства их существования — это лишь теоретические построения, которые, тем не менее, подтверждаются косвенными наблюдениями.

История звезды: от облака до черной дырыПримерно так можно интерпретировать внешний вид черной дыры с короной, основываясь на данных исследований рентгеновского излучения. Источник: nasa.gov

Понятно, что ни один человек, ни вся человеческая цивилизация не способна (по крайней мере, пока что) пронаблюдать жизнь даже одной звезды — слишком эта жизнь продолжительна. Люди живут на Земле чуть более 2 миллионов лет, звезды растут примерно от 5 до 15 миллиардов лет — в тысячи раз дольше. Но благодаря великому множеству их во Вселенной астрономы могут наблюдать разные звезды на разных этапах эволюции, а затем обобщать эти данные, моделировать будущее звезд и достаточно достоверно представлять себе историю каждой звезды.

История звезды: от облака до черной дырыСистема из двух звезд — белого карлика и красного карлика © Casey Reed

Многие данные по истории звезд получены как раз с помощью компьютерного моделирования. Дело в том, что наша Вселенная моложе, чем возраст, на котором многие звезды начинают стареть, и фактически увидеть «старые» звезды сегодня нельзя — ни одна звезда в нашей Вселенной просто не успела состариться.

История звезды: от облака до черной дырыПримерно так может выглядеть закат на гипотетическом спутнике планеты, вращающейся вокруг двойной звезды. Источник: photojournal.jpl.nasa.gov

Так что через миллиарды лет наши потомки смогут проверить, насколько правильно проектировали звездную эволюцию сегодняшние компьютеры. И быть может, когда-нибудь сегодняшние знания помогут нашим потомкам не только строить научные теории, но и путешествовать туда, куда сегодня дотягивается только мощное, но далеко не всевидящее око Хаббла…

История звезды: от облака до черной дыры
10 вещей, которые нужны тебе больше, чем муж
Adblock
detector