Свако од нас је бар једном у животу гледао у звездано небо. Неко је погледао ту лепоту, искусио романтичне осећаје, други је покушао да схвати одакле потиче сва та лепота. Живот у свемиру, за разлику од живота на нашој планети, тече различитом брзином. Време у спољашњем простору живи у својим категоријама, удаљености и величине у Универзуму су огромне. Ретко размишљамо о чињеници да се пред нашим очима стално развијају галаксије и звезде. Сваки објекат у бескрајном простору је резултат одређених физичких процеса. Галаксије, звезде и чак планете имају велике фазе развоја.
Наша планета и сви ми зависимо од наше светиљке. Колико ће нас сунце одушевити својом топлином, удишући живот у Сунчев систем? Шта нас чека у будућности у милионима и милијардама година? У том смислу, занимљиво је сазнати више о томе које су фазе еволуције астрономских објеката, одакле долазе звијезде и како се завршава живот ових дивних свјетала у ноћном небу.
Порекло, рођење и еволуција звезда
Еволуција звезда и планета које живе у нашој галаксији Млечни пут и читав Универзум је углавном проучена. Закони физике, који помажу да се схвати порекло космичких објеката, раде непоколебљиво у простору. Основа у овом случају је теорија Великог праска, која је сада доминантна доктрина о процесу настанка Универзума. Догађај који је потресао свемир и довео до стварања свемира, свемирским стандардима, муњевитом брзином. За простор, од рођења звезде до смрти, пролазе тренутци. Огромне удаљености стварају илузију постојаности универзума. Звијезда која је бљескала у даљини нас сјаји милијардама година, у то вријеме можда није.
Теорија еволуције галаксија и звезда је развој теорије Великог праска. Доктрина о рађању звезда и настанку звезданих система је различита у обиму и времену, који се, за разлику од универзума у целини, може посматрати са модерним средствима науке.
Проучавање животног циклуса звезда је могуће на примјеру најближег свјетла. Сунце је једна од стотина трилиона звијезда у нашем видном пољу. Поред тога, удаљеност од Земље до Сунца (150 милиона км) пружа јединствену прилику за истраживање објекта без напуштања граница Сунчевог система. Добијене информације ће омогућити да се детаљно схвате како су распоређене друге звезде, колико брзо се извлаче ови гигантски извори топлоте, које су фазе развоја звезде и шта ће бити крај овог бриљантног живота - тиха и мутна или блистава, експлозивна.
Након Великог праска, ситне честице формирале су међузвездане облаке, који су постали “болница” за трилионе звијезда. Карактеристично је да су све звезде рођене у исто време као резултат контракције и експанзије. Компресија у облацима космичког гаса догодила се под утицајем сопствене гравитације и сличних процеса у новим звездама у суседству. Експанзија је настала као резултат унутрашњег притиска међузвезданог гаса и под дејством магнетних поља унутар гасног облака. Истовремено, облак се слободно окретао око свог центра масе.
Облаци гасова настали након експлозије су 98% састављени од атомског и молекуларног водика и хелијума. Само 2% у овом низу рачуна на прашину и чврсте микроскопске честице. Раније се сматрало да у средишту било које звезде лежи језгро гвожђа, загрејано на температуру од милион степени. Овај аспект је објаснио огромну масу светиљке.
У супротности са физичким снагама, силе компресије су превладавале, јер светлост која настаје ослобађањем енергије не продире у гасни облак. Свјетло, заједно с дијелом емитиране енергије, шири се према ван, стварајући негативну температуру и зону ниског тлака унутар густе акумулације плина. Бити у таквом стању, космички гас се брзо компримира, утицај сила гравитационог привлачења доводи до чињенице да честице почињу да формирају звездану материју. Када је гасна група густа, интензивна компресија доводи до формирања звезданог јата. Када је величина гасног облака безначајна, компресија доводи до формирања једне звезде.
Кратак опис онога што се дешава је да будућност звезде пролази кроз двије фазе - брзу и спору компресију у стање протозвијета. Говорећи на једноставном и разумљивом језику, брза компресија је пад звездане материје у средиште протозвијезде. Спора компресија се дешава на позадини формираног центра протозвезда. У наредних сто хиљада година нова формација је смањена, а њена густина се повећава милион пута. Постепено, протозвезда постаје непрозирна због велике густине звездане материје, а стална компресија изазива механизам унутрашњих реакција. Раст унутрашњег притиска и температура доводи до формирања будућег центра гравитације у будућој звезди.
У овом стању, протозвијезда остаје милионима година, полако одузимајући топлину и постепено се смањујући. Као резултат, појављују се контуре нове звезде, а густина њене супстанце постаје упоредива са густином воде.
У просеку, густина наше звезде је 1,4 кг / цм3 - скоро иста као и густина воде у сланом Мртвом мору. У центру Сунца има густину од 100 кг / цм3. Звјездана материја није у течном стању, већ је у облику плазме.
Под утицајем енормног притиска и температуре од приближно 100 милиона К започињу термонуклеарне реакције водиковог циклуса. Компресија престаје, маса објекта се повећава када се енергија гравитације претвори у термонуклеарно сагоревање водоника. Од тог тренутка нова звезда, која зрачи енергијом, почиње губити масу.
Горе описано формирање звезде је само примитивна шема која описује почетну фазу еволуције и рођења звезде. Данас су такви процеси у нашој галаксији иу читавом Свемиру готово непримјетни због интензивног исцрпљивања звјезданог материјала. За целокупну свесну историју посматрања наше галаксије, забележене су само изоловане појаве нових звезда. На скали универзума, ова бројка се може повећати на стотине и хиљаде пута.
Већи део живота, протостарије су скривене од људског ока прашином. Емисија језгра може се посматрати само у инфрацрвеном опсегу, што је једини начин да се види рођење звезде. На пример, 1967. године астрономски научници из маглине Орион открили су нову звезду, чија је радијациона температура била 700 степени Келвина. Након тога, испоставило се да је родно мјесто протозвијезда компактни извори који су доступни не само у нашој галаксији, већ иу другим дијеловима универзума који су удаљени од нас. Поред инфрацрвеног зрачења, места рођења нових звезда су обележена интензивним радио сигналима.
Процес проучавања и еволуције звезда
Цео процес познавања звезда може се поделити у неколико фаза. На самом почетку одредите удаљеност до звезде. Информације о томе колико далеко је звезда од нас, колико дуго светлост иде од ње, даје идеју о томе шта се догодило звезди током свег овог времена. Након што је особа научила да мјери удаљеност до удаљених звијезда, постало је јасно да су звијезде иста сунца, само различитих величина и различитих судбина. Знајући растојање до звезде, ниво светлости и количину емитоване енергије, може се пратити процес термонуклеарне фузије звезде.
Пратећи одређивање удаљености до звезде, спектралном анализом се може израчунати хемијски састав звезде и утврдити њена структура и старост. Захваљујући изгледу спектрографа, научници су били у могућности да проуче природу светлости звезда. Овај уређај може да одреди и измери састав гаса звездане материје, који звезда има у различитим фазама свог постојања.
Проучавајући спектралну анализу енергије Сунца и других звезда, научници су дошли до закључка да еволуција звезда и планета има заједничке корене. Сва космичка тела имају исти тип, сличан хемијски састав, и изведена су из исте материје која је резултат Великог праска.
Звјездана материја се састоји од истих хемијских елемената (до гвожђа) као и наше планете. Једина разлика је у броју тих или других елемената и у процесима који се одвијају на Сунцу и унутар Земљиног свода. Ово разликује звезде од других објеката у универзуму. Поријекло звијезда такођер треба разматрати у контексту друге физичке дисциплине - квантне механике. Према овој теорији, материја која одређује звездану материју састоји се од константног раздвајања атома и елементарних честица које стварају сопствени микрокосмос. У овом светлу, интересује се структура, састав, структура и еволуција звезда. Показало се да је главна маса наше звезде и многих других звезда само два елемента - водоник и хелијум. Теоријски модел који описује структуру звезде ће омогућити разумевање њихове структуре и главне разлике од других свемирских објеката.
Главна карактеристика је да многи објекти у Универзуму имају одређену величину и облик, док звијезда може промијенити своју величину док се развија. Врући гас је једињење атома слабо везаних једна за другу. Милиони година након формирања звезда почиње хлађење површинског слоја звездане материје. Звијезда даје највећи дио своје енергије вањском простору, смањујући или повећавајући величину. Пренос топлоте и енергије долази из унутрашњих делова звезде на површину, утичући на интензитет зрачења. Другим речима, иста звезда у различитим периодима свог постојања изгледа другачије. Термонуклеарни процеси базирани на реакцијама водиковог циклуса доприносе трансформацији лаких атома водоника у теже елементе - хелијум и угљеник. Према астрофизичарима и нуклеарним научницима, таква термонуклеарна реакција је најефикаснија у смислу количине ослобођене топлоте.
Зашто се термонуклеарна фузија језгра не завршава експлозијом таквог реактора? Ствар је у томе да силе гравитационог поља у њој могу држати звездану материју у границама стабилизоване запремине. Из овога се може извести недвосмислен закључак: свака звезда је масивно тело, које задржава своју величину због равнотеже између сила гравитације и енергије термонуклеарних реакција. Резултат овог идеалног природног модела је извор топлоте који може радити дуго времена. Претпоставља се да су први облици живота на Земљи настали пре 3 милијарде година. Сунце је тих дана гријало нашу планету управо сада. Следствено томе, наша звезда се мало променила, упркос чињеници да је размера топлоте и соларне енергије огромна - више од 3-4 милиона тона сваке секунде.
Лако је израчунати колико је током година постојања наша звијезда изгубила на тежини. Ово ће бити огромна фигура, али због своје огромне масе и велике густине, такви губици у свемиру изгледају безначајно.
Фазе еволуције звезда
Судбина звезде зависи од почетне масе звезде и њеног хемијског састава. Све док су главне резерве водоника концентрисане у језгру, звезда је у такозваној главној секвенци. Чим је постојала тенденција да се повећа величина звезде, то значи да је главни извор термонуклеарне фузије пресушио. Почео је дугачак коначни пут трансформације небеског тела.
Формиране у свемиру, светиљке су првобитно подељене у три најчешће врсте:
- нормалне звезде (жути патуљци);
- патуљасте звезде;
- гиант старс.
Звезде са ниским масама (патуљци) полако сагоревају водоник и складно живе свој живот.
Такве звезде су већина у Универзуму, а наша звезда је жути патуљак. Са старењем, жути патуљак постаје црвени див или супергигант.
На основу теорије о пореклу звезда, процес формирања звезда у универзуму није завршен. Најсјајније звезде у нашој галаксији нису само највеће, у односу на Сунце, већ и најмлађе. Астрофизичари и астрономи ове звезде зову плави супергиганти. На крају, суочавају се са истом судбином, која доживљава трилионе других звијезда. Прво, брзо рођење, бриљантан и жарки живот, након чега долази период спорог пропадања. Звезде као што је Сунце имају дуг животни циклус, у главном низу (у средњем делу).
Користећи податке о маси звезде, можемо претпоставити њен еволутивни пут развоја. Илустративна илустрација ове теорије је еволуција наше звезде. Ништа није вечно. Као резултат термонуклеарне фузије, водоник се претвара у хелијум, па се његове почетне резерве троше и смањују. Некада, врло брзо, ове залихе ће нестати. Судећи по чињеници да наше Сунце наставља да сија више од 5 милијарди година, без промене величине, зрело доба звезде може још да траје отприлике у истом периоду.
Исцрпљивање резерви водоника доводи до чињенице да ће под утицајем гравитације језгра сунца почети да се брзо смањује. Густина језгра ће постати веома висока, тако да ће термонуклеарни процеси прећи на слојеве који се налазе у близини језгра. Такво стање се назива колапс, који може бити узрокован термонуклеарним реакцијама у горњим слојевима звијезде. Као резултат високог притиска активирају се термонуклеарне реакције које укључују хелијум.
Снабдевање водоником и хелијем у овом делу звезде трајаће милионе година. Не баш ускоро ће исцрпљивање резерви водоника довести до повећања интензитета зрачења, повећања величине љуске и величине саме звезде. Као резултат тога, наше сунце ће постати веома велико. Ако замислимо ову слику за десетине милијарди година, уместо блиставог светлог диска, на небу ће висети врели црвени диск дивовских величина. Црвени дивови су природна фаза еволуције звезде, њено прелазно стање у категорију променљивих звезда.
Као резултат ове трансформације, удаљеност од Земље до Сунца ће се смањити, тако да ће Земља пасти у зону утицаја сунчеве короне и почети да је „пече“. Температура на површини планете ће се десетероструко повећати, што ће довести до нестанка атмосфере и испаравања воде. Као резултат, планета ће се претворити у беживотну стјеновиту пустињу.
Завршне фазе еволуције звезда
Стигавши у фазу црвеног дива, нормална звијезда постаје бијели патуљак под утјецајем гравитацијских процеса. Ако је маса звезде приближно једнака маси нашег Сунца, сви главни процеси у њој ће се одвијати тихо, без импулса и експлозивних реакција. Бели патуљак ће дуго умрети, бледи у пепео.
У случајевима када је звезда првобитно имала масу већу од соларне 1,4 пута, бијели патуљак неће бити завршна фаза. Са великом масом унутар звезде, процеси збијања звездане материје почињу на атомском, молекуларном нивоу. Протони се претварају у неутроне, густина звезде се повећава, а величина се брзо смањује.
Неутронске звезде које су науци познате имају пречник 10-15 км. Са тако малим величинама, неутронска звезда има велику масу. Један кубни центиметар звездане материје може да тежи милијарде тона.
У случају да смо се прво бавили звездом велике масе, завршна фаза еволуције поприма друге облике. Судбина масивне звезде - црне рупе - објекат са неистраженом природом и непредвидивим понашањем. Огромна маса звезде доприноси повећању гравитационих сила које покрећу силе компресије. Обустављање овог процеса није могуће. Густина материје расте све док се не претвори у бесконачност, формирајући сингуларни простор (Ајнштајнова теорија релативности). Радијус такве звезде ће на крају постати нула, постајући црна рупа у свемиру. Црне рупе би биле много веће ако би у простору већина простора заузеле масивне и супермасивне звезде.
Треба напоменути да током трансформације црвеног дива у неутронску звезду или у црну рупу Универзум може преживјети јединствени феномен - рађање новог свемирског објекта.
Рођење супернове је најимпресивнија завршна фаза у еволуцији звезда. 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.
У закључку
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.
