Рождение звезд из газопылевых облаков

Учебный год

Лекция 12

Эволюция звезд

Рождение звезд из газопылевых облаков

Звезды являются самыми распространенны­ми объектами Вселенной, в них сосредоточе­но до 97% видимого вещества. Именно в звез­дах находится тот «плавильный котел», в котором создаются химические элементы. Первые звезды начали образовываться по­сле того, как произошла рекомбинация ядер водорода и гелия с электронами и вещество «отделилось» от излучения. По­этому исходным материалом, из которого ро­ждались первые звезды, была смесь газов во­дорода и гелия в соотношении 70:30. В про­цессе эволюции звезд, о чем речь пойдет далее, в их недрах синтезировались все более тяже­лые химические элементы, а при взрывах звезд эти элементы рассеивались в космиче­ском пространстве. Так образовались гигант­ские газопылевые облака, заполняющие меж­звездную среду и состоящие из различных га­зов, в первую очередь, конечно, из водорода и гелия, а также из атомов других элементов и твердых микроскопических частиц сили­катов, графитов и т. п. Эти облака могут находиться в равновесии, когда гравитационные силы, стремящиеся сжать облака, в точности уравновешивают­ся давлением газопылевой смеси. Однако при достаточно больших плотностях может начаться самопроизвольное сжатие (гравитационная конденсация) облаков, услови­ем которого является отрицательный знак их полной энер­гии W.

Можно убедиться, что «обычные» облака межзвездно­го газа с массой порядка массы нашего Солнца и радиусом порядка одного парсека (1 парсек = 3,3 световых года) не будут сжиматься собственной гравитацией, в то время как газопылевые комплексы с массами, превышающими массу Солнца в десятки тысяч раз, и радиусами порядка десятков парсек будут сжимать­ся (при характерной для межзвездного пространства тем­пературе Т ~ 50 К).

Первоначально такое сжатие не приводит к увеличе­нию температуры облака (изотермическое сжатие), так как на начальной, самой важной стадии сжатия имеет место достаточно эффективное охлаждение среды: высво­бождающаяся энергия гравитации идет на возбуждение атомов водорода, которые затем излучают кванты инфракрасного диапазона, уходящие в космическое простран­ство. При увеличении же плотности облака оно становится непрозрачным для излучения, и с этого момента начина­ется повышение температуры внутренних областей (адиа­батическое сжатие). Это уже не облако, а протозвезда. В конце концов, температура в недрах протозвезды достигает порога термоядерных реакций синтеза. За счет этого температура звезды становится достаточно большой, чтобы соответствующее давление газа уравновесило силу гравитации и сжатие на какое-то время прекратилось. С этого момента начинается жизнь звезды.