Как и любое живое существо, звезды проходят естественный цикл. Это начинается с рождения, продолжается в течение всей жизни, характеризуемой изменениями и ростом, и заканчивается смертью. Конечно, мы говорим о звездах здесь, и способ, которым они рождаются, живут и умирают, полностью отличается от любой формы жизни, с которой мы знакомы.
С одной стороны, временные рамки совершенно иные и составляют порядка миллиардов лет. Кроме того, изменения, через которые они проходят в течение своей жизни, также совершенно другие. И когда они умирают, последствия, скажем так, гораздо более заметны? Давайте посмотрим на жизненный цикл звезд.
Молекулярные облака:
Звезды начинаются как огромные облака холодного молекулярного газа. Облако газа могло плавать в галактике в течение миллионов лет, но затем какое-то событие заставляет его падать под действием собственной силы тяжести. Например, когда галактики сталкиваются, области холодного газа получают удар, который им необходим, чтобы начать разрушаться. Это также может произойти, когда ударная волна соседней сверхновой проходит через область.
По мере того, как оно разрушается, межзвездное облако распадается на все более мелкие кусочки, и каждое из них разрушается внутри себя. Каждая из этих фигур станет звездой. Когда облако разрушается, гравитационная энергия заставляет его нагреваться, и сохранение импульса от всех отдельных частиц заставляет его вращаться.
Protostar:
По мере того, как звездный материал становится все теснее и плотнее, он нагревается, отталкиваясь от дальнейшего гравитационного коллапса. На данный момент объект известен как протозвезда. Вокруг протозвезды находится околозвездный диск из дополнительного материала. Частично это продолжает спираль внутрь, наслаивая дополнительную массу на звезду. Остальные останутся на месте и в конечном итоге сформируют планетную систему.
В зависимости от массы звезд фаза звездной эволюции протозвезды будет короткой по сравнению с общей продолжительностью жизни. Для тех, у кого одна Солнечная масса (то есть такая же масса, как у нашего Солнца), она длится около 1000 000 лет.
Т Таури Стар:
Звезда T Tauri начинается, когда материал перестает падать на протозвезду и высвобождает огромное количество энергии. Они названы так из-за прототипа звезды, использованной для исследования этой фазы солнечной эволюции - T Tauri, переменной звезды, расположенной в направлении скопления Гиад, в 600 световых годах от Земли.
Звезда Т Таури может быть яркой, но все это исходит из гравитационной энергии коллапсирующего материала. Центральная температура звезды T Tauri недостаточна для поддержания синтеза в ее ядре. Несмотря на это, звезды T Tauri могут казаться такими же яркими, как звезды главной последовательности. Фаза T Tauri длится около 100 миллионов лет, после чего звезда вступит в самую длинную фазу своего развития - фазу Main Sequence.
Основная последовательность:
Со временем температура ядра звезды достигнет точки, в которой может начаться синтез ее ядра. Это процесс, который проходят все звезды, превращая протоны водорода на нескольких стадиях в атомы гелия. Эта реакция экзотермическая; он выделяет больше тепла, чем требуется, и поэтому ядро звезды главной последовательности выделяет огромное количество энергии.
Эта энергия начинается как гамма-излучение в ядре звезды, но, поскольку она проходит длительное медленное путешествие из звезды, она падает на длину волны. Весь этот свет толкает звезду наружу и противодействует гравитационной силе, притягивающей ее внутрь. Звезда на этой стадии жизни удерживается в равновесии - до тех пор, пока ее запасы водородного топлива продолжаются.
И как долго это продлится? Это зависит от массы звезды. Наименее массивные звезды, такие как красные карлики с половиной массы Солнца, могут потягивать свое топливо в течение сотен миллиардов и даже триллионов лет. Более крупные звезды, такие как наше Солнце, обычно находятся в фазе главной последовательности в течение 10-15 миллиардов лет. Самые большие звезды имеют самые короткие жизни, и могут длиться несколько миллиардов и даже несколько миллионов лет.
Красный гигант:
В течение своей жизни звезда превращает водород в гелий в своем ядре. Этот гелий накапливается, и водородное топливо заканчивается. Когда звезда истощает свое топливо водорода в своем ядре, ее внутренние ядерные реакции прекращаются. Без этого светового давления звезда начинает сжиматься внутрь под действием силы тяжести.
Этот процесс нагревает водородную оболочку вокруг ядра, которая затем воспламеняется в процессе синтеза и заставляет звезду снова сиять, в 1000–10 000 раз. Это заставляет внешние слои звезды расширяться наружу, увеличивая размер звезды во много раз. Ожидается, что наше собственное Солнце распустится до сферы, которая простирается до орбиты Земли.
Температура и давление в ядре звезды в конечном итоге достигнут точки, в которой гелий может быть превращен в углерод. Как только звезда достигает этой точки, она сжимается и перестает быть красным гигантом. Звезды, намного более массивные, чем наше Солнце, могут продолжать в этом процессе, двигаясь вверх по таблице элементов, создавая все более и более тяжелые атомы.
Белый Гном:
Звезда с массой нашего Солнца не имеет гравитационного давления для плавления углерода, поэтому, когда в ее ядре заканчивается гелий, она фактически мертва. Звезда выбросит свои внешние слои в космос, а затем сократится, в итоге превратившись в белого карлика. Этот звездный остаток может начаться горячим, но в нем больше не происходит реакций синтеза. Он будет охлаждаться в течение сотен миллиардов лет, в конечном итоге становясь фоновой температурой Вселенной.
Мы написали много статей о живом круге звезд в журнале Space. Вот каков жизненный цикл Солнца? Что такое красный гигант? Выживет ли Земля, когда Солнце станет красным гигантом? Каково будущее нашего Солнца?
Хотите больше информации о звездах? Вот новостные выпуски Хабблсайта о звездах, а также больше информации от НАСА о Вселенной.
Мы записали несколько эпизодов Астрономического ролика о звездах. Вот два из них, которые вам могут пригодиться: Эпизод 12: Откуда берутся звезды? Эпизод 13: Куда уходят звезды, когда они умирают? И Эпизод 108: Жизнь Солнца.
Источники:
- НАСА: Как звезды формируются и развиваются?
- НАСА: жизнь и смерть звезд
