Зірки як вони народжуються, живуть і вмирають
У прекрасну ніч небо над нами містить до 3000 зірок, які можна побачити неозброєним оком. У нашій галактиці Чумацький Шлях проживають сотні мільярдів. Але зрештою, що таке зірка? Наблизьте природу та еволюцію цих блискучих зірок, які роблять нічне небо чарівним.
Що таке зірка ?
Зірка - це величезна куля гарячого газу, що характеризується трьома простими параметрами: масою, світністю та кольором. Маса зірки - це кількість речовини, яку вона містить. Це паливо, яке вона буде спалювати протягом усього життя і таким чином змусити її блищати. Отже, зірка має власну світність. Він відображає норму витрачання запасів палива. Нарешті, співвідношення між масою та світністю виражає тривалість життя зірки - чим масивніша зірка, тим швидше вона розвивається.
Зверніть увагу, що зірка світить, але не мерехтить. Він випромінює безперервне випромінювання, і саме порушення атмосфери нашої Землі дають ілюзію мерехтіння.
З іншого боку, колір відповідає зовнішній температурі зірки. Він варіюється від червоного для найхолодніших зірок до синього для найгарячіших. Дійсно, як у полум’ї газової плити, синя частина має найвищу температуру.
Ми можемо чітко розрізнити різні категорії зірок на діаграмі навпроти, де вони представлені відповідно до їх яскравості та температури. Добре відома астрофізикам, така так звана діаграма Герцшпрунга-Рассела (H-R) показує різні етапи еволюції зірок у вигляді гілок. За своє життя зірка переходить від однієї гілки до іншої. Більшу частину свого життя вона залишається у “головній послідовності”, перш ніж перетворитися на гігантського, надгігантського або білого карлика (див. Нижче).
Зоряні розплідники
Зараз зірки утворюються в нашій Галактиці та інших галактиках Всесвіту. Вони народжуються групами від гравітаційного колапсу хмари газу, молекул і пилу. Цей щільний розплідник зірок стискається і фрагменти речовини стискаються, нагріваються і стискаються всередині нього, утворюючи "протозіркові серця".
Потім ці протозірки в свою чергу стискаються, і температура піднімається ... До фатального порогу, де відбуваються реакції термоядерного синтезу! Народжуються зірки. Потім кожен збільшується, захоплюючи речовину, і оточений акреційним диском. Агрегати пилу, які називаються планетезималями, тоді там утворюватимуться планети, породжуючи стільки ж сонячних систем.
Термоядерні реакції
Зірка відрізняється своїм внутрішнім джерелом енергії: реакціями термоядерного синтезу, що відбуваються в її ядрі. Саме вони змушують його блищати.
Після гравітаційного колапсу туманності протозірка спочатку є однорідною і складається приблизно з 70% водню та 28% гелію плюс слабкі сліди інших елементів. У центрі зірки екстремальні умови тиску та температури. Отже, коли температура досягає 10 мільйонів градусів, процес ядерного синтезу починає перетворювати водень на гелій в ядрі. Майже 90 зірок у космосі сяють таким чином, спалюючи свій водень. Дійсно, оскільки зірки в основному складаються з цього газу, вони мають велику кількість палива. Ось чому зірки проводять більшу частину свого життя у цій фазі згоряння водню, що відповідає основній послідовності діаграми H-R.
Крім того, структура зірки є результатом делікатного балансу, який встановлюється між двома протиборчими силами. З одного боку, внутрішній тиск походить від тепла, яке виділяється ядерними реакціями, і має тенденцію до розширення атмосфери зірки. З іншого боку, сила тяжіння діє в напрямку скорочення.
Коли закінчується водень
Злиття водню припиняється, серце стискається і атмосфера розширюється. Потім зірка стає червоним гігантом і тому змінює гілки на H-R-діаграмі. Температура серцевини підвищується до 100 мільйонів градусів, і починається плавлення гелію у вуглець та кисень. Цей етап червоного гіганта є коротким: наприклад, очікується, що Сонце залишиться лише 130 мільйонів років у цьому стані, порівняно з 10 мільярдами років, що сплавляють водень.
Зірка, яка стала нестабільною і мінливою, тоді буквально продуває свою атмосферу в космос. Це так звана стадія планетарної туманності (так називається, тому що перші виявлені об’єкти цього типу помилково приймали за планети). У центрі залишається розжарене серце, білий карлик. Ця зірка, схожа за розміром із Землею, але масою Сонця, характеризується величезною щільністю в одну тонну на кубічний сантиметр. Чайна ложка такої речовини важила б стільки ж ... як і машина на Землі! Однак якщо маса білого карлика перевищить у 1,44 рази маси Сонця, він впаде під впливом власної ваги. В іншому випадку він світиться мільярдами років, перш ніж вимерти ... як чорний карлик.
Доля зірки залежить від її маси. Отже, зірки, що мають масу Сонця від 0,5 до 8 разів, завершать своє існування в елегантній райдужній планетарній туманності, осяяній випромінюванням центрального білого карлика.
З іншого боку, зірки менше половини сонячної маси падають як простий білий карлик, збагачений гелієм. Зверніть увагу, що є також жовті та червоні карлики.
І масивні зірки ?
Зірки, маса яких становить від 8 до 25 мас Сонця, швидко еволюціонують у синього гіганта, а потім у червоного надгіганта. Під час цієї фази горіння хімічних елементів триває поетапно до синтезу кремнію та заліза. Потім зірка має цибульну шкірку. Залізо знаходиться в центрі, перевершено все більш легкими елементами, аж до гелію та водню в атмосфері.
Сукупність ядерних реакцій, що відбуваються всередині зірок, називається зоряним нуклеосинтезом.
Однак залізо є найбільш стійким елементом у природі. Тому його синтез утворює більші та складніші ядра, такі як свинець або уран, тому споживає енергію, а не виробляє її. Після формування залізного ядра тиск випромінювання вже не є достатнім для компенсації сили тяжіння, і серцевина зірки руйнується сама по собі. Енергія, що виділяється внутрішніми шарами зірки - цибулевими шкірками - падаючи до центру, створює ударну хвилю, яка продуває зовнішні шари бурхливим і вражаючим вибухом: знаменита наднова. Протягом кількох днів він світить яскравіше галактики, яка його приймає ...
Але що залишилося після наднової? По-перше, ниткоподібна структура, яка називається емісійною туманністю, яка викликає мереживо і складається із залишків речовини, що виникли в результаті сильного вибуху зірки. Для зірки з початковою масою від 8 до 25 мас Сонця в центрі цієї туманності утворюється нейтронна зірка, що складається лише з аглютинованих нейтронів, як правило, діаметром 10 кілометрів. Він має неймовірну щільність один мільярд тонн на кубічний сантиметр. Цього разу чайна ложка її речовини важила б стільки ..., скільки гора на нашій планеті. Іноді ця нейтронна зірка дуже швидко обертається сама і випромінює сильне електромагнітне випромінювання: її називають пульсаром.
Ми всі зоряний пил
Нарешті, для зірок, маса яких перевищує масу нашого Сонця у 25 разів, нейтронна зірка справді утворена. Але його маса занадто висока, щоб тиск нейтронів не врівноважувало гравітацію. Тому надщільна залишкова зірка руйнується сама по собі і породжує створення ... чорної діри.
Усі зірки, вмираючи, відкидають у космос елементи, синтезовані в їхніх серцях протягом усього життя. Створюється все більше і більше важких і складних атомних ядер. Скрізь Всесвіт ускладнюється, і місцями створюються належні умови для того, щоб відбувалися реакції, що призводять до молекул. Молекули потрапляють у клітини, потім в розумні нейрони ... Ось чому всі школярі світу дізнаються, що кожен атом у їхньому тілі є дорогоцінним "зоряним пилом".