Узнайте, какие процессы происходят в результате эволюции звёзд. Изучение эволюции звёзд помогает понять формирование Вселенной. Читайте статью на сайте NOCFN.
Cодержание
Хотя по человеческой шкале времени звезды и кажутся вечными, они, подобно всему сущему в природе, рождаются, живут и умирают. Согласно общепринятой гипотезе газопылевого облака звезда зарождается в результате гравитационного сжатия межзвездного газопылевого облака. По мере уплотнения такого облака сначала образуется протозвезда, температура в ее центре неуклонно растет, пока не достигает предела, необходимого для того, чтобы скорость теплового движения частиц превысила порог, после которого протоны способны преодолеть макроскопические силы взаимного электростатического отталкивания (см. Закон Кулона) и вступить в реакцию термоядерного синтеза (см. Ядерный распад и синтез).
В результате многоступенчатой реакции термоядерного синтеза из четырех протонов в конечном итоге образуется ядро гелия (2 протона + 2 нейтрона) и выделяется целый фонтан разнообразных элементарных частиц. В конечном состоянии суммарная масса образовавшихся частиц меньше массы четырех исходных протонов, а значит, в процессе реакции выделяется свободная энергия (см. Теория относительности). Из-за этого внутренне ядро новорожденной звезды быстро разогревается до сверхвысоких температур, и его избыточная энергия начинает выплескиваться по направлению к ее менее горячей поверхности — и наружу. Одновременно давление в центре звезды начинает расти (см. Уравнение состояния идеального газа). Таким образом, «сжигая» водород в процессе термоядерной реакции, звезда не дает силам гравитационного притяжения сжать себя до сверхплотного состояния, противопоставляя гравитационному коллапсу непрерывно возобновляемое внутреннее термическое давление, в результате чего возникает устойчивое энергетическое равновесие. О звездах на стадии активного сжигания водорода говорят, что они находятся на «основной фазе» своего жизненного цикла или эволюции (см. Диаграмма Герцшпрунга—Рассела). Превращение одних химических элементов в другие внутри звезды называют ядерным синтезом или нуклеосинтезом.
Солнечная эволюция
Солнце, находящееся на активной стадии сжигания водорода уже около 5 миллиардов лет, является примером звезды на основной фазе своей эволюции. Запасы водорода в ядре Солнца должны хватить еще на 5,5 миллиарда лет. Чем массивнее звезда, тем большим запасом водородного топлива она располагает, но для противодействия силам гравитационного коллапса ей приходится сжигать водород с интенсивностью, превосходящей по темпу роста запасов водорода по мере увеличения массы звезды. Таким образом, чем массивнее звезда, тем короче ее жизненный цикл.
Звездная эволюция
Звезды формируются в межзвездных газово-пылевых облаках, состоящих преимущественно из водорода. Когда масса вещества звезды достигает определенного порога, температура в ее центре становится достаточно высокой для начала реакций термоядерного синтеза. В процессе этих реакций водород превращается в гелий, и выделяется энергия. Непрозрачность протозвездного вещества приводит к возникновению конвективных потоков газа в звезде. Горение водорода приводит к увеличению температуры в центре звезды и ее радиуса. Этот этап называется протозвездной стадией эволюции. После этого звезда становится стабильной и находится на главной последовательности в течение большей части своей активной жизни.
По мере исчерпания запасов водорода в центре звезды начинают протекать другие ядерные реакции, превращая одни элементы в другие. Этот процесс называется ядерным синтезом или нуклеосинтезом. В зависимости от массы звезды и других факторов, она может пройти через различные стадии эволюции, такие как гигант, сверхгигант или белый карлик. В конечном итоге, звезда может закончить свой жизненный цикл в результате взрыва в виде сверхновой или сформировать компактный объект, такой как нейтронная звезда или черная дыра.
Таким образом, эволюция звезд является сложным процессом, который включает ряд физических и химических реакций, приводящих к изменению внутреннего строения и внешнего вида звезды. Изучение эволюции звезд помогает нам лучше понять процессы, происходящие во Вселенной и ее формирование.
