Возникновение и эволюция Вселенной
ласти пространства притягиваются между
собой за счет гравитационных сил. Происходит это очень медленно, ведь силы,
пропорциональные массам входящих в облако атомов (в основном атомов
водорода) и пылинок, чрезвычайно малы. Однако постепенно частицы
сближаются, плотность облака нарастает, оно становится непрозрачным,
образующийся сферический "ком" начинает понемногу вращаться, растет и сила
притяжения, ведь теперь масса "кома" велика. Все больше и больше частиц
захватывается, все больше плотность вещества. Внешние слои давят на
внутренние, давление в глубине растет, а, значит, растет и температура.
(Именно так обстоит дело с газами, которые были подробно изучены на Земле).
Наконец, температура становится такой большой - несколько миллионов
градусов, - что в ядре этого образующегося тела создаются условия для
протекания ядерной реакции синтеза: водород начинает превращаться в гелий.
Об этом можно узнать, регистрируя потоки нейтрино - элементарных частиц,
выделяющихся при такой реакции. Реакция сопровождается мощным потоком
электромагнитного излучения, которое давит (силой светового давления,
впервые измеренной в Земной лаборатории П.Лебедевым) на внешние слои
вещества, противодействуя гравитационному сжатию. Наконец, сжатие
прекращается, поскольку давления уравновешиваются, и протозвезда становится
звездой. Чтобы пройти эту стадию своей эволюции протозвезде нужно несколько
миллионов лет, если ее масса больше солнечной, и несколько сот миллионов
лет, если ее масса меньше солнечной. Звезд, массы которых меньше солнечной
в 10 раз, очень мало.
Масса является одной из важных характеристик звезд. Любопытно отметить, что
довольно распространены двойные звезды - образующиеся вблизи друг друга и
вращающиеся вокруг общего центра. Их насчитывается от 30 до 50 процентов от
общего числа звезд. Возникновение двойных, вероятно, связано с
распределением момента количества движения исходного облака. Если у такой
пары образуется планетная система, то движение планет может быть довольно
замысловатым, а условия на их поверхностях будут сильно изменяться в
зависимости от расположения планеты на орбите по отношению к светилам.
Весьма возможно, что стационарных орбит, вроде тех, что могут существовать
в планетных системах одинарных звезд (и существуют в Солнечной системе), не
окажется совсем. Обычные, одинарные звезды в процессе своего образования
начинают вращаться вокруг своей оси.
Другой важной характеристикой является радиус звезды. Существуют звезды -
белые карлики, радиус которых не превышает радиуса Земли, существуют и
такие - красные гиганты, радиус которых достигает радиуса орбиты Марса.
Химический состав звезд по спектроскопическим данным в среднем такой: на
10000 атомов водорода приходится 1000 атомов гелия, 5 атомов кислорода, 2
атома азота, 1 атом углерода, остальных элементов еще меньше. Из-за высоких
температур атомы ионизируются, так что вещество звезды является в основном
водородно-гелиевой плазмой - в целом электрически нейтральной смесью ионов
и электронов. В зависимости от массы и химического состава исходного облака
образовавшаяся звезда попадает на тот или иной участок, так называемой
главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга-Рессела. Последняя
представляет собой координатную плоскость, на вертикальной оси которой
откладывается светимость звезды (т.е. количество энергии, излучаемой ей в
единицу времени), а на горизонтальной - ее спектральный класс
(характеризующий цвет звезды, который в свою очередь зависит от температуры
ее поверхности). При этом "синие" звезды более горячие, чем "красные", а
наше "желтое" Солнце имеет промежуточную температуру поверхности порядка
6000 градусов) (рис.2). Традиционно спектральные классы от горячих к
холодным обозначаются буквами O,B,A,F,G,K,M , при этом каждый класс делится
на десять подклассов. Так, наше Солнце имеет спектральный класс G2. На
диаграмме видно, что большинство звезд располагается вдоль плавной кривой,
идущей из левого верхнего угла в правый нижний. Это и есть главная
последовательность. Наше Солнце также находится на ней. По мере "выгорания"
водорода в центре звезды ее масса немного меняется и звезда немного
смещается вправо вдоль главной последовательности. Звезды с массами порядка
солнечной находятся на главной последовательности 10-15 млрд. лет (наше
Солнце находится на ней уже около 4,5 млрд. лет). Постепенно энергии в
центре звезды выделяется все меньше, давление падает, ядро сжимается, и
температура в нем возрастает. Ядерные реакции протекают теперь только в
тонком слое на границе ядра внутри звезды. В результате звезда в целом
начинает "разбухать", а ее светимость увеличиваться. Звезда сходит с
главной последовательности и перебирается в правый верхний угол диаграммы
Герцшпрунга-Рессела, превращаясь в так называемый "красный гигант". После
того, как температура сжимающегося (теперь уже гелиевого) ядра красного
гиганта достигнет 100-150 млн. градусов, начинается новая ядерная реакция
синтеза - превращение гелия в углерод. Когда и эта реакция исчерпает себя,
происходит сброс оболочки - существенная часть массы звезды превращается в
планетарную туманность. Горячие внутренние слои звезды оказываются
"снаружи", и их излучение "раздувает" отделившуюся оболочку. Через
несколько десятков тысяч лет оболочка рассеивается, и остается небольшая
очень горячая плотная звезда. Медленно остывая, она переходит в левый
нижний угол диаграммы и превращается в "белый карлик". Белые карлики, по-
видимому, представляют собой заключительный этап нормальной эволюции
большинства звезд.
Но встречаются и аномалии. Некоторые звезды время от времени вспыхивают,
превращаясь в новые звезды. При этом они каждый раз теряют порядка сотой
доли процента своей массы. Из хорошо известных звезд можно упомянуть новую
в созвездии Лебедя, вспыхнувшую в августе 1975 года и пробывшую на
небосводе несколько лет. Но иногда случаются и вспышки сверхновых -
катастрофические события, ведущие к полному разрушению звезды, при которых
за короткое время излучается энергии больше, чем от миллиардов звезд той
галактики, к которой принадлежит сверхновая. Такое событие зафиксировано в
китайских хрониках 1054 года: на небосводе появилась такая яркая звезда,
что ее можно было видеть даже днем. Результат этого события известен нам
теперь как Крабовидная туманность (рис.3), "медленное" распространение
которой по небу мы наблюдаем в последние 300 лет. Скорость разлета ее газов
в результате взрыва составляет порядка 1500 м/с, но она находится очень
далеко. Сопоставляя скорость разлета с видимым размером Крабовидной
туманности, мы можем рассчитать время, когда она была точечным объектом, и
найти его место на небосклоне - эти время и место соответствуют времени и
месту появления звезды, упомянутой в хрониках.
Если масса звезды, оставшейся после сброса оболочки "красным гигантом"
превосходит солнечную в 1,2-2,5 раза, то, как показывают расчеты,
устойчивый "белый карлик" образоваться не может. Звезда начинает сжиматься,
и ее радиус достигает ничтожных размеров в 10 км, а плотность вещества
такой звезды превышает плотность атомного ядра. Предполагается, что такая
звезда состоит из плотно упакованных нейтронов, поэтому она так и
называется - нейтронная звезда. Согласно этой теоретической модели у
нейтронной звезды имеется сильное магнитное поле, а сама она вращается с
огромной скоростью - несколько десятков или сотен оборотов в секунду. И
только обнаруженные (именно в Крабовидной туманности) в 1967 году пульсары
- точечные источники импульсного радиоизлучения высокой стабильности -
обладают как раз такими свойствами, каких следовало ожидать от нейтронных
звезд. Наблюдаемое явление подтвердило концепцию.
Если же оставшаяся масса еще больше, то гравитационное сжатие неудержимо
сжимает вещество и дальше. Вступает в действие одно из предсказаний общей
теории относительности, согласно которому вещество сожмется в точку. Это
явление называется гравитационным коллапсом, а его результат - "черной
дырой". Это название связано с тем, что гравитационная масса такого объекта
настолько велика, силы притяжения настолько значительны, что не только
какое-либо вещественное тело не может покинуть окрестность черной дыры, но
даже свет - электромагнитный сигнал - не может ни отразиться, ни выйти
"наружу". Таким образом, непосредственно наблюдать черную дыру невозможно,
можно лишь догадаться о ее существовании по косвенным эффектам. Двигаясь в
пространстве по направлению к черной дыре (о которой мы пока ничего не
знаем), можно обнаружить, что рисунок созвездий, расположенных прямо по
курсу начинает меняться. Это связано с тем, что свет, идущий от звезд и
проходящий неподалеку от черной дыры, отклоняется ее тяготением. По мере
приближения к дыре возникнет пустая область, окруженная светящимися точками-
звездами, в том числе и такими, которых раньше не наблюдалось. Свет от
некоторых звезд может, проходя мимо дыры, поворачивать вокруг нее, а затем
попадать в приемные устройства наблюдателя. Таким образом, одна звезда
может давать несколько изображений в разных местах. Все это, конечно,
противоречит как нашему жизненному опыту, так и классическим
представления
| |  скачать работу |
Возникновение и эволюция Вселенной |
