Эволюция звезд

Процесс образования звезд из облаков газопылевой межзвездной среды продолжается в настоящее время. Выяснение этого обстоятельства является одним из крупнейших достижений современной астрономии. Еще сравнительно недавно считали, что звезды образовались почти одновременно много миллиардов лет тому назад. В настоящее время стало ясно, что многие наблюдаемые звезды являются сравнительно молодыми, а некоторые из них возникли тогда, когда на Земле уже был человек. Как же происходит зарождение звезды и ее эволюция?

Рис.23 Конденсация облаков газо – пылевой среды

Прежде всего конденсируются облака межзвездной газопылевой среды (рис.23). Под влиянием сил всемирного тяготения из этого облака образуется сравнительно плотный непрозрачный газовый шар – протозвезда. Этот шар еще нельзя назвать звездой, т.к. в его центральных областях температура еще недостаточна для того, чтобы начались термоядерные реакции.

Затем происходит сжатие протозвезды, увеличение температуры и значительная часть освободившейся потенциальной энергии излучается в окружающее пространство. В результате сжатия начинаются термоядерные реакции. При этом давление газа внутри будущей звезды уравновешивает притяжение и газовый шар перестает сжиматься. Протозвезда становится звездой. Это длится от нескольких миллионов до нескольких сот миллионов лет.

При этом идет «выгорание» водорода (превращение его в гелий при термоядерных реакциях) в центральных областях звезды. В то же время наружные слои сохраняют относительное содержание водорода неизменным. Постепенно весь водород внутри звезды выгорает, масса и радиус центральной ее области уменьшается. Выделение энергии в центральных областях звезды прекращается, образуется очень плотная горячая область, состоящая из гелия.

Ядерные реакции начинают интенсивно протекать на периферии ядра в сравнительно тонком слое. Звезда разбухает, образуется красный гигант.

Наружняя оболочка сбрасывается, «обнажаются» ее внутренние, горячие слои. Отделившаяся оболочка все дальше и дальше отходит от звезды, она рассеивается через несколько десятков тысяч лет, остается небольшая плотная звезда, которая постепенно остывает и превращается в белый карлик - звезду, имеющую относительно высокую поверхностную температуру (от 7000 до 30000⁰С) и низкую светимость, во много меньше светимости Солнца,.

Звезды с массой Солнца и меньшей (обычная звезда) завершают свою эволюцию в стадии белого карлика. Когда все водородное горючее истрачено, звезда сжимается до бесконечной плотности (масса остается прежней).

Затем «белый карлик» постепенно остывает и превращается в черного карлика. Процесс остывания белых карликов длится много сотен миллионов лет. Считается, что наше Солнце станет красным гигантом через 8 миллиардов лет, при этом его светимость увеличится в сотни раз, а радиус в десятки. Эта стадия эволюции займет еще несколько сот миллионов лет. Затем Солнце сбросит свою оболочку, и превратится в белого карлика.

Одним из этапов эволюции звезд является образование черных дыр. Если звезда имела сверхкрупные размеры, то в конце ее эволюции частицы и излучение, едва покинув поверхность, тут же возвращаются обратно под действием сил гравитации т.е. образуется «черная дыра», переходящая затем в «белую дыру».

Образованию черных дыр предшествует гравитационный коллапс больших масс вещества, при котором под действием сил тяготения вещество неудержимо сжимается. При этом за счет гравитационных взаимодействий выделяется огромная энергия. Звезда с диаметром 1 390 000 миллионов километров, превращаясь в черную дыру, может сжаться до размера воздушного шара, и тогда плотность ее одного кубического сантиметра составит миллионы миллионов тонн. Около миллиарда черных дыр насчитывается только в нашей галактике. Существование черных дыр во Вселенной предсказал еще А. Эйнштейн в 1935 году. Вещество в черной дыре находится в состоянии сингулярности (плотность выше 10⁷⁴г/см³). Она ведет себя как «гравитационная могила». Она, как труба пылесоса, засасывает в себя все, что ее окружает, и никогда ничего не отдает обратно. Существование черных дыр значительно усложняет геометрию пространства Вселенной, образует «туннели», по которым энергия может как уходить из Вселенной, так и приходить в нее. За последние 10 лет удалось выяснить с помощью наблюдений, что массивные черные дыры встречаются практически во всех крупных галактиках (рис.24).

Их масса составляет от 1 миллиона до 1 миллиарда солнечных масс, а радиусы близки к расстоянию от центра Солнечной системы до Плутона. Находятся черные дыры обычно в ядрах галактик.

Рис.24 Черная дыра в центре галактики

Слева: Галактика NGC 4151, снятая широкоугольной планетной камерой. В центре: Горизонтальная линия, пересекающая изображение, порождена светом, который испущен черной дырой в центре NGC 4151.Справа: Изображение, показывающее скорости излучающего кислорода. Все факты говорят о том, что NGC 4151 содержит черную дыру массой в 100 млн. раз больше Солнца. Верхняя половина изображения смещена относительно нижней за счет доплеровского сдвига спектральных линий: в верхней части газ удаляется от нас, а в нижней приближается к нам.