Vsak od nas je vsaj enkrat v življenju gledal v zvezdno nebo. Nekdo je pogledal to lepoto, doživljal romantične občutke, drugi pa je poskušal razumeti, od kod prihaja vsa ta lepota. Življenje v vesolju, za razliko od življenja na našem planetu, teče z različno hitrostjo. Čas v vesolju živi v lastnih kategorijah, razdalje in velikosti v vesolju so ogromne. Redko razmišljamo o tem, da pred našimi očmi neprestano razvijajo galaksije in zvezde. Vsak objekt v neskončnem prostoru je rezultat določenih fizičnih procesov. Galaksije, zvezde in celo planeti imajo velike razvojne faze.
Naš planet in vsi smo odvisni od naše svetilke. Kako dolgo nas bo sonce navdušilo s svojo toplino in dihanjem v sončni sistem? Kaj nas čaka v prihodnosti v milijonih in milijardah let? V zvezi s tem je zanimivo izvedeti več o fazah razvoja astronomskih objektov, od kod prihajajo zvezde in kako se konča življenje teh čudovitih luči v nočnem nebu.
Izvor, rojstvo in razvoj zvezd
Evolucija zvezd in planetov, ki naseljujejo našo galaksijo Rimske ceste in celotno vesolje, je bila večinoma dobro proučena. Fizikalni zakoni, ki pomagajo razumeti izvor kozmičnih objektov, delujejo neomajno v prostoru. Osnova v tem primeru je teorija Big Bang, ki je zdaj prevladujoča doktrina o procesu nastanka vesolja. Dogodek, ki je pretresel vesolje in je privedel do oblikovanja vesolja, po prostorskih standardih, hitro strele. Za vesolje, od rojstva zvezde do smrti, mimo potekajo. Velike razdalje ustvarjajo iluzijo stalnosti vesolja. Zvezda, ki je bliskala v daljavi, nas sije milijarde let, v tistem času morda ni.
Teorija evolucije galaksij in zvezd je razvoj teorije Velikega poka. Nauk o rojstvu zvezd in nastanku zvezdnih sistemov je drugačen po obsegu in času, ki ga, za razliko od vesolja kot celote, lahko opazujemo s sodobnimi znanstvenimi sredstvi.
Proučevanje življenjskega cikla zvezd je možno na primeru najbližje svetlobe. Sonce je eno od stotin trilijonov zvezd v našem vidnem polju. Poleg tega je razdalja od Zemlje do Sonca (150 milijonov km) edinstvena priložnost za raziskovanje predmeta, ne da bi zapustili meje Sončnega sistema. S pridobljenimi informacijami bomo lahko podrobno razumeli, kako so razvrščene druge zvezde, kako hitro so izčrpani ti ogromni toplotni viri, kakšne so stopnje razvoja zvezde in kakšen bo konec tega briljantnega življenja - tiho in dimasto ali iskreno, eksplozivno.
Po velikem poku so drobni delci tvorili medzvezdne oblake, ki so postali »bolnišnica« za trilijone zvezd. Značilno je, da so se vse zvezde rodile istočasno kot posledica krčenja in širjenja. Kompresija v oblaku kozmičnega plina se je pojavila pod vplivom lastne gravitacije in podobnih procesov v novih zvezdah v soseščini. Razširitev je nastala kot posledica notranjega tlaka medzvezdnega plina in pod vplivom magnetnih polj znotraj plinskega oblaka. Obenem se je oblak prosto vrtel okoli svojega središča mase.
Plinski oblaki nastali po eksploziji so 98% sestavljeni iz atomskega in molekularnega vodika in helija. Samo 2% v tem polju predstavlja prah in trdne mikroskopske delce. Prej je bilo verjel, da v središču katere koli zvezde leži jedro železa, segreto na temperaturo milijon stopinj. Ta vidik je pojasnil ogromno maso svetilke.
V nasprotju s fizičnimi silami so prevladovale kompresijske sile, saj svetloba, ki izhaja iz sproščanja energije, ne prodre v plinski oblak. Svetloba, skupaj z delom oddane energije, se širi navzven, ustvarja negativno temperaturo in območje nizkega tlaka v gostem naboru plina. Ker je kozmični plin v takem stanju, se hitro stisne, vpliv sil gravitacijskega privlačenja vodi k dejstvu, da delci začnejo tvoriti zvezdno snov. Ko je plinsko gručo gosta, intenzivna kompresija povzroči nastanek zvezdne kopice. Ko je velikost plinskega oblaka nepomembna, stiskanje povzroči nastanek ene same zvezde.
Kratek opis tega, kar se dogaja, je, da prihodnost zvezde poteka skozi dve stopnji - hitro in počasno stiskanje v stanje protozvezde. Hitro stiskanje je v preprostem in razumljivem jeziku padec zvezdne snovi v središče protozvezde. Počasno stiskanje se pojavi na ozadju oblikovanega središča protozvezde. V naslednjih sto tisoč letih se je nova formacija zmanjšala in njena gostota se poveča na milijone krat. Postopoma protostar postane motna zaradi visoke gostote zvezdne snovi in stalna kompresija sproži mehanizem notranjih reakcij. Rast notranjega pritiska in temperature vodi v nastanek bodočega težišča v bodoči zvezdi.
V tem stanju protostar ostane milijone let, počasi oddaja toploto in se postopoma zmanjšuje. Posledično se pojavijo obrisi nove zvezde in gostota snovi postane primerljiva z gostoto vode.
V povprečju je gostota naše zvezde 1,4 kg / cm3 - skoraj enaka gostoti vode v slanem Mrtvem morju. V središču Sonca je gostota 100 kg / cm3. Zvezdna snov ni v tekočem stanju, ampak je v obliki plazme.
Pod vplivom ogromnega tlaka in temperature približno 100 milijonov K se začnejo termonuklearne reakcije cikla vodika. Stiskanje preneha, masa objekta se povečuje, ko se energija gravitacije spremeni v termonuklearno sežiganje vodika. Od te točke naprej nova zvezda, ki seva energijo, začne izgubljati maso.
Zgoraj opisana tvorba zvezde je le primitivna shema, ki opisuje začetno stopnjo evolucije in rojstva zvezde. Danes so takšni procesi v naši galaksiji in v celotnem vesolju skoraj neopazni zaradi intenzivnega izčrpavanja zvezdnega materiala. Za celotno zavestno zgodovino opazovanj naše galaksije so opazili le izolirane pojave novih zvezd. V obsegu vesolja se ta številka lahko poveča na stotine in tisoče krat.
Večino svojega življenja protostarji skrijejo pred človeškim očesom zaradi prašne lupine. Emisije jedra lahko opazimo le v infrardečem območju, kar je edini način, da vidimo rojstvo zvezde. Na primer, leta 1967 so astronomski znanstveniki v Orionovi meglici odkrili novo zvezdo, katere radiacijska temperatura je bila 700 stopinj Kelvina. Kasneje se je izkazalo, da so rojstna mesta protozvezdnikov kompaktni viri, ki so na voljo ne samo v naši galaksiji, ampak tudi v drugih delih vesolja, ki so oddaljeni od nas. Poleg infrardečega sevanja so mesta rojstva novih zvezd označena z intenzivnimi radijskimi signali.
Proces proučevanja in evolucije zvezd
Celoten proces poznavanja zvezd lahko razdelimo v več stopenj. Na samem začetku določite razdaljo do zvezde. Podatki o tem, kako daleč je zvezda od nas, kako dolgo je svetloba od nje, daje idejo o tem, kaj se je zgodilo zvezdi v vsem tem času. Ko se je človek naučil meriti razdaljo do oddaljenih zvezd, je postalo jasno, da so zvezde ista sonca, samo različnih velikosti in različnih usod. Če poznamo razdaljo do zvezde, raven svetlobe in količino oddane energije, lahko sledimo procesu termonuklearne fuzije zvezde.
Po določitvi razdalje do zvezde lahko s spektralno analizo izračunamo kemično sestavo zvezde in ugotovimo njeno strukturo in starost. Zaradi videza spektrografa so lahko znanstveniki proučevali naravo svetlobe zvezd. Ta naprava lahko določi in izmeri sestavo plina zvezdne snovi, ki jo ima zvezda na različnih stopnjah svojega obstoja.
Raziskovanje spektralne analize energije Sonca in drugih zvezd je prišlo do zaključka, da ima evolucija zvezd in planetov skupne korenine. Vsa kozmična telesa imajo enako vrsto, podobno kemično sestavo in izhajajo iz iste snovi, ki izhaja iz Velikega poka.
Zvezdna snov je sestavljena iz enakih kemijskih elementov (do železa) kot naš planet. Edina razlika je v številu teh ali drugih elementov in v procesih, ki se odvijajo na Soncu in znotraj zemeljskega neba. To razlikuje zvezde od drugih predmetov v vesolju. Izvor zvezd je treba obravnavati tudi v okviru druge fizične discipline - kvantne mehanike. V skladu s to teorijo je snov, ki določa zvezdno snov, sestavljena iz nenehno delitve atomov in elementarnih delcev, ki ustvarjajo svoj mikrokozmos. V tej luči je zanimiva struktura, sestava, struktura in evolucija zvezd. Izkazalo se je, da glavna masa naše zvezde in mnoge druge zvezde predstavljajo le dva elementa - vodik in helij. Teoretični model, ki opisuje strukturo zvezde, bo omogočil razumevanje njihove strukture in glavne razlike od drugih vesoljskih objektov.
Glavna značilnost je, da imajo številni predmeti v vesolju določeno velikost in obliko, medtem ko lahko zvezda spremeni svojo velikost, ko se razvija. Vroči plin je spojina atomov, ki so šibko vezani. Milijoni let po nastanku zvezd se začne hlajenje površinske plasti zvezdne snovi. Zvezda daje večino svoje energije v vesolje, zmanjšuje ali narašča. Prenos toplote in energije poteka iz notranjih predelov zvezde na površino, kar vpliva na intenzivnost sevanja. Z drugimi besedami, ista zvezda v različnih obdobjih svojega obstoja izgleda drugače. Termonuklearni procesi, ki temeljijo na reakcijah vodikovega cikla, prispevajo k pretvorbi lahkih atomov vodika v težje elemente - helij in ogljik. Po mnenju astrofizikov in jedrskih znanstvenikov je takšna termonuklearna reakcija najučinkovitejša v smislu količine sproščene toplote.
Zakaj se termonuklearna fuzija jedra ne konča z eksplozijo takšnega reaktorja? Stvar je v tem, da lahko sile gravitacijskega polja v njem zadržijo zvezdno snov v mejah stabiliziranega volumna. Iz tega lahko sklepamo nedvoumno: vsaka zvezda je masivno telo, ki ohranja svojo velikost zaradi ravnovesja med silami gravitacije in energijo termonuklearnih reakcij. Rezultat tega idealnega naravnega modela je vir toplote, ki lahko deluje dolgo časa. Predpostavlja se, da so se prve življenjske oblike na Zemlji pojavile pred 3 milijardami let. Sonce v teh dneh je ogrelo naš planet ravno tako kot je zdaj. Zato se je naša zvezda malo spremenila, kljub dejstvu, da je obseg sevane toplote in sončne energije ogromen - več kot 3-4 milijone ton na sekundo.
To je enostavno izračunati, koliko v letih svojega obstoja, naša zvezda je izgubila težo. To bo velika številka, toda zaradi ogromne mase in velike gostote, so takšne izgube v vesolju nepomembne.
Stopnje evolucije zvezd
Usoda zvezde je odvisna od začetne mase zvezde in njene kemične sestave. Dokler so glavne zaloge vodika koncentrirane v jedru, je zvezda v tako imenovanem glavnem zaporedju. Takoj, ko se je pojavila težnja po povečanju velikosti zvezde, to pomeni, da je glavni vir termonuklearne fuzije izsušen. Začela je dolga končna pot preobrazbe nebesnega telesa.
Oblikovana v vesolju so svetila najprej razdeljena na tri najpogostejše vrste:
- normalne zvezde (rumeni škratki);
- pritlikave zvezde;
- ogromne zvezde.
Zvezde z nizko maso (palčki) počasi gorijo zaloge vodika in živijo svoje življenje zelo mirno.
Takšne zvezde so večina v vesolju in naša zvezda je rumeni škrat. Z začetkom starosti, rumeni škrat postane rdeč velikan ali supergigant.
Na podlagi teorije o izvoru zvezd, se proces oblikovanja zvezd v vesolju ni končal. Najsvetlejše zvezde v naši galaksiji niso le največje, v primerjavi s Soncem, ampak tudi najmlajše. Astrofiziki in astronomi te zvezde imenujejo modri supergiganti. Na koncu se soočajo z isto usodo, ki doživlja trilijone drugih zvezd. Prvič, hitro rojstvo, briljantno in goreče življenje, po katerem prihaja obdobje počasnega razpada. Zvezde, kot je Sonce, imajo dolgo življenjsko dobo in so v glavnem zaporedju (v srednjem delu).
Z uporabo podatkov o masi zvezde lahko prevzamemo njeno evolucijsko pot razvoja. Ilustrativna ilustracija te teorije je evolucija naše zvezde. Nič ni večno. Kot posledica termonuklearne fuzije se vodik pretvori v helij, zato se njegove začetne zaloge porabijo in zmanjšajo. Včasih, zelo kmalu bodo te zaloge zmanjkale. Glede na dejstvo, da naše Sonce še vedno sije več kot 5 milijard let, ne da bi se spreminjala velikost, lahko zrela starost zvezde še vedno traja približno isto obdobje.
Izčrpavanje zalog vodika vodi k dejstvu, da se bo pod vplivom gravitacije jedro sonca hitro začelo krčiti. Gostota jedra bo postala zelo visoka, tako da se bodo termonuklearni procesi premaknili na plasti, ki mejijo na jedro. Takšno stanje se imenuje kolaps, ki ga lahko povzročijo termonuklearne reakcije v zgornjih plasteh zvezde. Zaradi visokega tlaka se sprožijo termonuklearne reakcije, ki vključujejo helij.
Dobava vodika in helija v tem delu zvezde bo trajala milijone let. Ni zelo kmalu, da bo izčrpavanje zalog vodika povzročilo povečanje intenzivnosti sevanja, povečanje velikosti lupine in velikost same zvezde. Posledično bo naše sonce postalo zelo veliko. Če si zamislimo to sliko v desetih milijardah let, bo namesto bleščečega svetlega diska na nebo visela vroča rdeča plošča ogromnih velikosti. Rdeči velikani so naravna faza evolucije zvezde, njeno prehodno stanje v kategorijo spremenljivih zvezd.
Zaradi te transformacije se bo razdalja med Zemljo in Soncem zmanjšala, tako da bo Zemlja padla v območje vpliva sončne korone in se v njej začela »peči«. Temperatura na površini planeta se bo desetkrat povečala, kar bo privedlo do izginotja atmosfere in izhlapevanja vode. Zaradi tega se bo planet spremenil v brezživno skalnato puščavo.
Končne faze evolucije zvezd
Ko je normalna zvezda dosegla fazo rdečega velikana, postane pod vplivom gravitacijskih procesov beli škrat. Če je masa zvezde približno enaka masi našega Sonca, bodo vsi glavni procesi v njem potekali tiho, brez impulzov in eksplozivnih reakcij. Beli pritlikavci bodo umrli dolgo časa in bledeli v pepel.
V primerih, ko je zvezda prvotno imela maso več kot sončno 1,4-krat, beli škrat ne bo zadnja faza. Z veliko maso znotraj zvezde se procesi zbijanja zvezdne snovi začnejo na atomski, molekularni ravni. Protoni se spremenijo v nevtrone, gostota zvezde se poveča in njena velikost se hitro zmanjša.
Znane nevtronske zvezde imajo premer 10-15 km. S tako majhnimi velikostmi ima nevtronska zvezda veliko maso. En kubični centimeter zvezdne snovi lahko tehta milijarde ton.
V primeru, da smo sprva obravnavali zvezdo velike mase, končna faza evolucije prevzame druge oblike. Usoda ogromne zvezde - črne luknje - je predmet z neraziskano naravo in nepredvidljivim vedenjem. Ogromna masa zvezde prispeva k povečanju gravitacijskih sil, ki povzročajo gibanje kompresijskih sil. Ustavitev tega postopka ni mogoča. Gostota snovi se poveča, dokler se ne spremeni v neskončnost in oblikuje singularni prostor (Einsteinova teorija relativnosti). Polmer takšne zvezde bo sčasoma postal nič, ko postane črna luknja v vesolju. Črne luknje bi bile precej večje, če bi večino prostora v prostoru zavzeli ogromni in supermasivni zvezdi.
Opozoriti je treba, da lahko med preoblikovanjem rdečega velikana v nevtronsko zvezdo ali v črno luknjo preživi edinstven pojav - rojstvo novega prostorskega objekta.
Rojstvo supernove je najbolj impresivna končna faza v razvoju zvezd. Здесь действует естественный закон природы: прекращение существование одного тела дает начало новой жизни. Период такого цикла, как рождение сверхновой, в основном касается массивных звезд. Израсходовавшиеся запасы водорода приводят к тому, что в процесс термоядерного синтеза включается гелий и углерод. В результате этой реакции давление снова растет, а в центре звезды образуется ядро железа. Под воздействием сильнейших гравитационных сил центр массы смещается в центральную часть звезды. Ядро становится настолько тяжелым, что неспособно противостоять собственной гравитации. Как следствие, начинается стремительное расширение ядра, приводящее к мгновенному взрыву. Рождение сверхновой - это взрыв, ударная волна чудовищной силы, яркая вспышка в бескрайних просторах Вселенной.
Следует отметить, что наше Солнце не является массивной звездой, поэтому подобная судьба ее не грозит, не стоит бояться такого финала и нашей планете. В большинстве случаев взрывы сверхновых происходят в далеких галактиках, с чем и связано их достаточно редкое обнаружение.
Za zaključek
Эволюция звезд - это процесс, который растянут по времени на десятки миллиардов лет. Наше представление о происходящих процессах - всего лишь математическая и физическая модель, теория. Земное время является лишь мгновением в огромном временном цикле, которым живет наша Вселенная. Мы можем только наблюдать то, что происходило миллиарды лет назад и предполагать, с чем могут столкнуться последующие поколения землян.
