Эволюция звёзд и их строение

 

                                 Рис.68 Звёздное небо.

 

 

 

В доступной нам области мироздания мы видим отдельные, как говорят, дискретные тела. Они весьма разнообразны и могут отличаться по размерам и массе. Самые крупные тела во Вселенной – звёзды. Их массы заключены в пределах 10^{28 –} 10³² Кг. Все они, в сущности, являются гигантскими сгустками раскаленной плазмы. Самосвечение звёзд есть выход их внутренней энергии, оно может продолжаться миллиарды лет. Устойчивость такого состояния поразительна, хотя иногда она сопровождается взрывами, иногда даже катастрофическими для звезды. Если масса тела меньше 10²⁸Кг, то тело становится планетой, хотя очевидно, в космосе имеются потухшие звёзды, покрытые твёрдой корой. Солнце – это тело, имеющее массу 10²⁸Кг. Солнце – звезда, имеющая желтый цвет, называемая «желтым карликом». Что же происходит в недрах солнца? Это огромный раскаленный газовый шар. 90 % Солнце состоит из водорода, в недрах его созданы условия для протекания термоядерной реакции, т.е. водород непрерывно превращается в гелий, при помощи спектрального анализа было обнаружено гелия около 8 %  водорода 90% и 2 % остальные газы. Температура в недрах солнца не менее 15000000 ⁰ К. Вещество на солнце находится в плазменном состоянии. По расчетам ученых солнце как естественный термоядерный реактор работает уже около 6 миллиардов лет и 8 % водорода превратилось в гелий. И через 15 миллиардов лет весь водород полностью превратится в гелий. Но вернемся к тому, как возникли термоядерные реакции на солнце. Мы уже знаем, что бы термоядерная реакция началась необходимо сблизить два ядра водорода на расстояние 10^{– 12} см. Преодолев самые мощные ядерные силы (отталкивания). Клочковатая структура газопылевой туманности и гравитационные силы все более и более уплотняли вещество к центру. Сгустки размерами 1 миллион – 1000000 км превратились со временем в твердый шар, т.е. планету, а из сгустков в диаметре более 100000000 км уплотнение продолжалось до возникновения термоядерной реакции. Напрашивается вопрос как же гравитационные слабые силы пересилили мощные ядерные. Все дело в том что ядерных сил пара. По мере уменьшения сил отталкивания увеличивается сила притяжения. И еще, я не обращал ваше внимание на то, что атомы совершают хаотичное тепловое движение названное в честь открывателя Броунским. См. рис. Чем выше температура тела, тем Быстрее колеблются молекулы. Броун открыл это движение, наблюдая в микроскоп поведение маленьких кусочков краски, которые совершали это хаотическое движение. Броун объяснил это тем, что молекулы, сталкиваясь с микроскопическим кусочками  краски, передавали ему свой импульс движения, и краска повторяет движение отдельных молекул. С повышением температуры жидкости, скорость колебательного движения увеличивалась, значит, чем выше температура тела тем быстрее колеблются молекулы,тем больше вероятность их сближения до расстояния 10^-8 см. Через определённый промежуток времени вода вся выкипит, а на деле превратится в газ. Таким образом, температура – это мера перехода тела их одного агрегатного состояния в другое.   

Рис 69 Схема Броунского движения

 

 При уплотнении упругая энергия превращается в тепловую, а значит увеличивается Броунское движение и значит появляется возможность сближения атомов. Атомы начинают боле усиленно колебаться. Амплитуда колебания (максимальное колебание) увеличивается с ростом температуры. Из курса физики мы знаем, что температура это средняя кинетическая энергия движения всех атомов тела, т.е. при очень больших массивах сгустков механизм уплотнения неминуемо приведет к возгоранию водорода в протозвезде, именно так происходило возгорание водорода и на нашей звезде Солнце. Что же произойдет, когда весь водород на Солнце превратится полностью в гелий, Очевидно термоядерные реакции прекратятся, солнце остынет и раздуется (размеры его увеличатся вплоть до орбиты Марса), а температура внешней поверхности с Т = 6000 ⁰ К уменьшится до Т = 3000 ⁰К

Но уплотнение, под действием гравитационных сил, после остывания вновь начнется и будет продолжаться до тех пор пока уже гелий не начнет превращаться в углерод. Стабильность солнца нарушится и произойдет взрыв, внешняя оболочка звезды будет раскидана в разные стороны в пространстве, а внутренняя часть (ядро) солнца уплотнится на столько, что кусочек вещества с булавочную головку будет весить сотни тонн. Представьте себе, какое необходимо давление, что бы глыбу в 100 тонн сдавить до размеров булавочной головки… на этом жизнь нашей солнечной системы прекратится. Но это произойдет не раньше чем через 15· 10⁹ лет, так что пока человечество может спать спокойно. К тому же человек созданный по образу и подобию Господа Бога, рожден быть создателем окружающего пространства, именно создателем, а не эксплуататором. Вначале своего пути человек был подобен животному. Развивая свое сознание, он все ближе и ближе подходит к прямым своим обязанностям создателя новых миров. Новая эпоха Водолея  уже близка это период перехода человечества к новому состоянию сознания. Библия определяет это как воскрешение, но об этом несколько позднее. Вернемся к солнцу и далеким звездам. Если выйти на улицу ночью, когда ясная, звездная погода, то мы увидим, что все небо испещрено светящимися точками разного диаметра, разной светимости. Что же из себя представляют эти светящиеся, манящие к себе точки, эти загадочные звездочки. Оказывается, звезды это такие же солнца, но разной величины, разного цвета. И ко всем им, в том числе и нашему солнцу, (так как солнце ближайшая звезда к земле, от земли до солнца расстояние 150000000 км = 1 А.е), относятся такое же определение: - Звезда это раскаленный газовый шар. Чем же отличаются звезды друг от друга? По массе звезды делится на три группы. Группа Карликов равные массе солнца или меньше его. Гиганты в три раза больше нашего солнца. Субгиганты в шесть раз больше по массе нашего солнца. По цвету звезды делятся на голубые, белые, желтые, красные. Цвет звезды определяет температуру ее внешней оболочки 3000 ⁰ К, красные (старые звезды, состоящие из гелия) 6000 ⁰ К, желтые звезды 90 % состоят уже из водорода. (гелий 8 %) 15000 ⁰К – голубые водород 95 % гелий 5 %, 35000 ⁰ К, белые молодые звезды. Как правило голубые звезды бывают гигантами. Наше солнце желтый карлик с температурой внешней поверхности 6000 ⁰ К. Эволюция нашего солнца будет протекать следующим образом: желтый карлик через десять миллиардов лет  превратится в          красный гигант, который в свою очередь через несколько миллиардов лет, превратится в   белый карлик, к стати размеры белых карликов соизмеримы с размерами Земли. Чем отличаются планеты от Звезд. Планеты это не состоявшиеся звезды, благодаря их малых размеров в планетах не смог включиться механизм термоядерных реакций. Планеты – это спутники звезд, объединяясь со звездой законом Всемирного тяготения, образуют планетные системы. Науке пока известно только одна планетная система это Солнечная.  Но, как мы уже знаем, во Вселенной существует множество планетных систем, подобных нашей. Трудности открытия планетных систем заключается в том, что планеты на много меньше звезд, и они не излучают световую энергию, да и расстояние между звёздами очень большое. Так от нашего солнца до ближайшей звезды α (Центавр) из созвездия Центавр расстояние 400000000000 км = 4 · 10 ^{– 12} км. Это вообще огромнейшее расстояние его даже невозможно сравнить с размерами солнечной системы. Для того, чтобы не путаться в нулях для определения расстояний до звезд введена единица, которая называется Световой гад. (С.Г.). – это расстояние, которое пройдет луч света двигаясь со скоростью 300000 км/с в течение одного земного года, это расстояние после небольших расчетов будет равно 10 ¹² км = 1 С.Г. (до α Центавр около 4 С.Г. = 4 · 10 ¹² км). Существуют и другие единицы расстояний 1 парсек (ПК) = 3,2 световых года, 1 КПК (кило парсек) = 1000 ПК.

 1 МПК (мегапарсек) = 1000000 ПК,

Уважаемый читатель обратите внимание, эти звезды, представленные в ниже показанной таблице, самые близкие к Земле расстояние в Парсеках α Центавр ≈ 1,3 ПК

Сириус (α Б. Пса) = 2,7 ПК

α малого Пса = 3,5 ПК

α Орла = 5. ПК

Как мы уже знаем, «Центавр»- это созвездие, которое можно наблюдать только в южном полушарии. В северном полушарии можно наблюдать только отдельные звёзды этого созвездия. Теперь мы с вами знаем, как протекает эволюция звезд типа нашего солнца (т.е. карликов)

 

Рис.70. Схема эволюции карликов.

 

 

 

Желтый карлик -  Красный гигант -  Белый карлик

 

  Внимание! «Новая звезда»- это наблюдение взрыва.

Хочу остановиться на взрыве красного гиганта. При взрыве за 1 секунду времени излучается столько же энергии, сколько звезда в нормальном состоянии излучает ее за 100 лет. Новую звезду необходимо воспринимать как гибель звезды. Отголосок взрыва распространяется на тысячи световых годов.

Рис71.Взрыв Новой звезды.

 

 

1 секунда                           100 лет

 

 

 

 

 

Если бы мы наблюдали взрыв нашего солнца, находясь на расстоянии от него 100 ПК. При нормальном излучении наше солнце можно увидеть только в самый большой телескоп. При взрыве мы увидели бы звездочку по яркости не уступающую Сириусу (самая яркая звезда северного полушария). И так продолжалось бы в течение определённого времени, затем яркость постепенно бы снижалась и,наконец, звезда совсем исчезла бы с горизонта наблюдая в самый крупный телескоп, мы увидели бы слабую звездочку и вокруг ее расширяющуюся туманность называемую планетарнойой  - это остатки оболочки звезды. В древности люди называли такие вдруг, откуда ни возьмись, вспыхнувшие звёзды, звездами – гостями или «Новые звезды».

 Эволюция гигантов (т.е. звезд по массе в 3 раза больше чем карлики) идёт таким же путём.       

 

 

Рис.72. Схема эволюции звёзд Гигантов.

 

 

Гигант                 Красный гигант                

                                          Нейтронная звезда

 

 

 

                                               Сверх новая звезда

 

При выгорании водорода, гелиевая звезда становится красным гигантом. Гравитационный колопс (сжатие) приводит к тому, что Гелий начнет превращаться в углерод. Произойдет взрыв в тысячи раз сильнее, чем при взрыве карлика. И этот взрыв назовут Сверхновой звездой. А ядро звезды настолько уплотнится (в 1000 раз плотнее Белого карлика), что электроны и протоны, сдавливаясь, образуют нейтроны, т.е. возникнет маленькая звёздочка, вещество, которой состоит из нейтронов и назовется эта звездочка Нейтронной, нейтронные звёзды учёные называют пульсарами. Стадия развития  пульсара продолжается всего несколько миллионов лет. Ввв

ВвввввввВВ

Рис.73.Сияние звезды «Гостьи»

  

Более мощным взрывом сопровождается эволюция субгигантов. После выгорания водорода, образуется красный субгигант. В результате колопса в гигантской красной звезде вновь начинаются термоядерные реакции, давление внутри звезды резко возрастает и звезда взрывается. В мае 1993 года в созвездии «Лебедя» американские учёные наблюдали «новую» звезду. Своим появлением новая обязана взрыву происходящем на поверхности Белого карлика в двойной звёздной системе. Были сделаны также фотографии этой звезды 31 Мая 1993 года на космическом телескопе Хаббл

 

 

§14 Эволюция Субгигантов- «Черные дыры

 

Рис.74.Схема эволюции субгигантов.

 

 

Эволюция Субгигантов идет тем же путем. Взрыв назовется сверх новой звездой, а остаток звезды черной дырой. Вот что пишет о звёздном коллапсе (именно так называется сжатие звезды под действием гравитационных сил) знаменитый российский астроном И.С. Шкловский «…История существования любой звезды – это поистине титаническая борьба между силой гравитации, стремящейся её неограниченно сжать, и силой газового давления, стремящегося её «распылить» рассеять в окружающем межзвёздном пространстве. Многие миллионы и миллионы лет. В течении этих чудовищно больших сроков силы равны. Но, в конце концов,…победа будет за гравитацией. Такова драма эволюции любой звезды» «Чёрные дыры не имеют волос». Этот афоризм принадлежит американскому физику Дж. Уиллеру. Он означает что, в отличие от звёзд, чёрные дыры не имеют никаких индивидуальных характеристик. Действительно, каждая конкретная звезда  отличается от своих «сестёр» цветом, особенностями спектра, часто колебанием своей светимости и т. п. А вот в процессе гравитационного коллапса все индивидуальные черты звезды «стираются». Чёрные дыры одинаковы, как головы рекрутов, которых только что лишили их буйных шевелюр. Для объяснения процессов протекающих в черной дыре обратимся к следующему примеру. Траектория тела перемещающегося в гравитационном поле зависит от центростремительной силы, конечно при отсутствии существенных возмущений. Вид орбиты имеет форму конических сечений: круг, эллипс, парабола, гипербола. Уважаемый читатель в общей теории относительности рассматривается искривления геометрии пространства. Другим словом, траектория движения зависит от того, какова скорость движущегося объекта, и от того какова величина силы действующей на движущееся тело.

 

 

                       

 

Рис75. Сечения конуса

 

 

 

.

 

 

                     

 

Земля под воздействием закона Всемирного тяготения, заставляет все тела находится на ее поверхности. Если тело имеет скорость меньше чем 8 км/с, то рано или поздно оно упадёт на землю. При сообщении телу скорости 8 км/с, оно будет двигаться вокруг земли по круговой орбите. Если приобретённая скорость движения будет расти, то орбита растягивается и становится эллипсом, вытянутость орбиты зависит от возрастания скорости, чем больше скорость, тем больше вытянутость орбиты. И, наконец, при скорости 11,2 км/с тело перестанет подчиняться «Земному тяготению» и его орбита будет не замкнутая кривая (Гипербола) и, тело навсегда покинет нашу Землю. Для того, что бы преодолеть Солнечное тяготение необходимо развить скорость 14 км/с. Для преодоления притяжения галактики нужна скорость 32 км/с. И так делаем вывод, чем массивнее объекты тяготения, тем большая скорость нужна для отрыва от него. Такого же эффекта можно достичь, если увеличивать плотность тела, так как плотность равна ρ = m: v, т.е. количество вещества делённое на объём. Так вот, при очень большой плотности вещества (критической) потребуется скорость отрыва равная более 300000 км/с т.е. для отрыва нужна скорость больше скорости света и тогда уважаемый читатель объект перестанет излучать т.е. станет невидимым и назовется черной дырой. Черные дыры могут быть разной величины от размеров атома, с нашу планету Земля и может быть с размеры Вселенной. В 1905 году Альберт Эйнштейн доказал, что Вселенная имеет кривизну. Делаем предположение либо она замкнута, и имеет форму эллипсоида вращения и возможно является огромный черной дырой, либо она бесконечна в своем расширении, ограниченная кривой, которая называется гиперболой. Но вернемся к нашей теме. Эволюция звёзд  гигантов, будет протекать по следующей схеме. При взрыве вы наблюдаете сверхновую звезду. Сверхновые могут светить на звездном, небе в течение месяцев и даже лет. Феномен сверхновой это чрезвычайно редкое явление, приняв это во внимание, астрономы Я.Б. Зельдович и И.Д.Новиков оценили, что в нашей галактике ежегодно заканчивает свою эволюцию 0,2 звезды, то есть две звезды каждые десять лет. Между тем вспышки «Сверхновых» звёзд происходят в ней один раз за сто - триста лет.. Взрыв будет настолько мощным, что звезда уплотнятся до своей критической плотности, т.е. до образования черной дыры. Не один луч света не может вырваться за пределы этой страшной звезды т.к. для этого необходима скорость больше С = 300000 км/с, а в грубоматериальном мире нет таких объектов, которые могли бы двигаться со скоростью более 300000 км/с, так утверждает теория относительности. Согласно расчётам количество звёзд в нашей Галактике достигает 150 миллиардов. Приняв её возраст равным 10 миллиардов лет.: находим, что количество чёрных дыр в ней должно бы составлять 2 миллиарда, на каждые пятьдесят «обычных» звёзд должна приходиться одна чёрная дыра. Следовательно, если все современные представления об эволюции звёзд правильны, То расстояние до ближайшей чёрной дыры измеряются какими-нибудь 15–20 световыми годами. Ученые предположили, что больше образуется при коллапсе Нейтронных звёзд, чем чёрных дыр. Напрашивается вывод, что со временем все звёзды станут белыми карликами, нейтронными звёздами или чёрными дырами. Юный друг это было бы так, если бы не рождались молодые звёзды не менее пяти звёзд в год. Если вы хотите не вооруженным глазом понаблюдать за одним из мест, которое можно с уверенностью назвать «цехом» по выращиванию молодых, горячих звёзд, найдите на звёздной карте созвездие Ориона. Это зимнее созвездие, то есть его можно наблюдать только зимой в юго-западной части северного неба в 20 часов по московскому времени. Созвездие Ориона это

одно из красивейших созвездий, и его не заметить просто не возможно.α- созвездия Ориона Бетельгейзе – это красный гигант, одна из самых ярких звёзд Северного неба. Расстояние до неё около 400 световых лет. По одной из легенд Орион – сын Бога морей Посейдона, гигант, страстный охотник, убивающий всех зверей без исключения. За это Артемида, покровительница животных, убила Ориона, наслав на его скорпиона. В прочем, на небе – эти два созвездия играют друг с другом в прятки: не успевает скорпион появится, как Орион появляется в противоположной части небосвода. Созвездие Ориона, несомненно, является украшением Зимнего неба. Оно появляется в конце ноября и красуется на звёздном небе всю зиму и весной исчезает с горизонта.

 

Рис.76.Созвездие Ориона.

 

И так, запомните конфигурацию созвездия, и найдите это созвездие на звёздном небе. Три, сразу же бросающихся в глаза звезды, образуют пояс Ориона. Если вы внимательно посмотрите на пояс Ориона, точнее, немного ниже его, то увидите знаменитую туманность Ориона. Посмотрите внимательно, юный друг, это одно из мест во Вселенной, где происходит «подпитывание» Вечности и зарождение молодых звёзд. Таким образом, звёзды рождаются, живут, погибают, рождаются вновь. Но звёзды не любят быть одинокими они   способны не только образовывать планетные системы, но и так же могут объединяться в звёздные системы, образуя так называемые кратные звезды. Кстати планетные системы способны образовать только одиночные звезды. Около половины всех звёзд в нашей галактике – двойные звёзды, которые удерживаются друг с другом общей гравитацией. Двойные звёзды вращаются вокруг общего центра масс, находящегося между ними. Некоторые пары находятся настолько близко друг к другу, что различить их можно только по объединённому спектру. Правда некоторые звёзды расположены так, что одна звезда вращается вокруг другой, это случается тогда, когда одна звезда намного по массе превосходит свою спутницу. Более крупная звезда эволюционирует быстрее, превращается в рыхлую старую звезду - красный гигант. Более плотная маленькая звёздочка начинает перетягивать вещество своей соседки. Часто звезда не поглощает вещество, а закручивает его вокруг себя, формируя диск. Но не редки случаи, когда две звезды сливаются в одну. И так звезда называется физически кратной, если две или десять звезд образуют  систему каждая компонента которой, вращается вокруг общего центра масс, под действием закона Всемирного тяготения.  Размеры таким кратких систем бывают от несколько десятков астрономических единиц до несколько десятков Парсек. Как видите очень впечатляющее расстояние. Но и это не предел действия гравитационных сил. Объединение звезд от 10 до 10000 называется Звездным скоплением.

В некоторых местах на звездном небе в телескоп, а кое- где даже невооруженным взглядом можно обнаружить тесные группы звезд, связанных взаимным тяготением или так называемые звездные скопления. Звездные скопления бывают шаровые или рассеянные. Название своё они получили по их форме наблюдаемой с Земли. Рассееные  звездные скопления насчитывают до 300 звезд, а шаровые  до 10000. Размеры шаровых, скоплений с сильной концентрацией звезд к центру, десятки Парсек. Известны несколько сотен шаровых и сотни рассеянных скоплений. Объединение звезд в скопления осуществляется также по закону всемирного тяготения. Все звезды в скоплении связаны гравитацией и вращаются в круг общего центра масс. В тёмную ясную ночь в созвездии тельца, можно увидеть невооруженным взглядом два рассеянных звёздных скопления «Гиады» и «Плеяды». Эти звёздные скопления можно наблюдать осенью или зимой. А весной в созвездии «Рака», можно наблюдать шаровое звёздное скопление. Каждое шаровое скопление – это своеобразный исполинский шар из звёзд, или, применяя более специальную терминологию, типичная сферическая звёздная система. Бросается в глаза то, что звёзды концентрируются к центру. На фотографиях в центре шаровых скоплений видно сплошное сияние – различить отдельные звёзды невозможно. Известно более 200 шаровых скоплений. Однако количество шаровых звёздных скоплений на звездном небе гораздо больше, не менее чем в десять раз больше. Поперечники скоплений 5 – 10 световых лет, а у наибольших 500 – 600 световых лет. В шаровых звёздных скоплениях, за очень редким исключением, нет газовых или пылевых туманностей. Межзвёздное пространство там почти идеально прозрачно. Заметим, что в звёздных скоплениях найдены сотни переменных звёзд и источники рентгеновского излучения. Но на этом процесс объединения звёзд в системы не прекращается, имеются звёздные системы и гораздо большие, чем шаровые скопления, От начала до конца таких систем свет, двигающийся со скоростью 300000Км/сек., проходит за 1000 лет. Таким образом, если бы гравитационное взаимодействие распространялось со скоростью света, то просто невозможно было управлять такой системой, Так как управляющий сигнал дожжен добираться до необходимого объекта сотни тысяч лет. И так рассмотрим звёздные системы, которые являются большими блоками  Вселенной. Это так называемые галактики. Самые большие галактики могут насчитывать до 150 миллиардов звёзд. Объединение звёзд в галактику осуществляется также по закону Всемирного тяготения. Юный друг хочу обратить ваше внимание на то, что все объекты Вселенной объединяются в системы. В свою очередь маленькие системы входят в более большие, а те в свою очередь являются составными частями самой крупной системы под названием «Вселенная». По всей вероятности объединение и здесь не прекращается. Автор считает, что и наша Вселенная является составной частью какого то более крупного образования, но об это мы поговорим с вами в другой книге. Все эти размышления приводят меня к тому что, без какого то внешнего разумного вмешательства Вселенная просто существовать не может. Кто же этот Великий Архитектор.