Fiecare dintre noi, cel puțin o dată în viața sa, privea în cerul înstelat. Cineva sa uitat la această frumusețe, a experimentat sentimente romantice, celălalt a încercat să înțeleagă de unde provine toată frumusețea. Viața în spațiu, spre deosebire de viața de pe planeta noastră, curge cu o viteză diferită. Timpul din spațiul cosmic trăiește în propriile categorii, distanțele și dimensiunile din Univers sunt enorme. Rareori ne gândim la faptul că înaintea ochilor noștri se dezvoltă constant galaxii și stele. Fiecare obiect din spațiul nesfârșit este rezultatul anumitor procese fizice. Galaxiile, stelele și chiar planetele au faze majore de dezvoltare.
Planeta noastră și noi toți depindem de lumina noastră. Cât timp soarele ne va încânta cu căldura lui, respirând viața în sistemul solar? Ce ne așteaptă în viitor în milioane și miliarde de ani? În această privință, este curios să aflăm mai multe despre etapele evoluției obiectelor astronomice, de unde vin stelele și cum se termină viața acestor lumini minunate în cerul de noapte.
Originea, nașterea și evoluția stelelor
Evoluția stelelor și a planetelor care locuiesc în galaxia Calea Lactee și întregul Univers a fost, în cea mai mare parte, bine studiată. Legile fizicii, care contribuie la înțelegerea originii obiectelor cosmice, lucrează inconștient în spațiu. În acest caz, baza se bazează pe teoria Big Bang-ului, care este acum doctrina dominantă asupra procesului de origine a Universului. Evenimentul care a zdruncinat universul și a dus la formarea universului, prin standarde spațiale, cu fulgere rapidă. Pentru spațiu, de la nașterea unei stele până la moarte, momentele trec. Distanțele foarte mari creează iluzia constanței universului. O stea care strălucea în depărtare ne strălucește de miliarde de ani, în acel moment nu poate fi.
Teoria evoluției galaxiilor și a stelelor este o dezvoltare a teoriei Big Bang. Doctrina nașterii stelelor și apariția sistemelor stelare este diferită în funcție de scară și calendar, care, spre deosebire de univers ca întreg, poate fi observată prin mijloace moderne de știință.
Studierea ciclului de viață al stelelor este posibilă prin exemplul celei mai apropiate lumini pentru noi. Soarele este una din sutele de trilioane de stele din domeniul nostru de viziune. În plus, distanța de la Pământ la Soare (150 milioane km) oferă o oportunitate unică de a explora un obiect fără a lăsa limitele sistemului solar. Informațiile obținute vor permite să înțeleagă în detaliu modul în care alte stele sunt aranjate, cât de repede sunt epuizate aceste surse de căldură uriașe, care sunt etapele de dezvoltare a unei stele și care va fi sfârșitul acestei vieți strălucitoare - silențioasă și slabă sau strălucitoare, explozivă.
După Big Bang, particule mici au format nori interstelari, care au devenit "spital" pentru trilioane de stele. Este caracteristic faptul că toate stelele s-au născut în același timp ca urmare a contracției și extinderii. Compresia în norii gazului cosmic sa produs sub influența propriei gravitații și a unor procese similare în noi stele din vecinătate. Expansiunea a apărut ca urmare a presiunii interne a gazului interstelar și sub acțiunea câmpurilor magnetice din interiorul norului de gaze. În același timp, norul sa rotit liber în jurul centrului de masă.
Nori de gaz format după explozie sunt de 98% compus din hidrogen atomic și molecular și heliu. Doar 2% din această matrice reprezintă praful și particulele microscopice solide. Anterior sa crezut că în centrul oricărei stele se află nucleul fierului, încălzit la o temperatură de un milion de grade. Acest aspect a explicat masa imensă a luminării.
În opoziția forțelor fizice, forțele de compresie au predominat, deoarece lumina care rezultă din eliberarea energiei nu pătrunde în norul de gaze. Lumina, împreună cu o parte a energiei emise, se extinde spre exterior, creând o temperatură negativă și o zonă de presiune scăzută în interiorul acumulării de gaze dense. Fiind într-o astfel de stare, gazul cosmic este rapid comprimat, influența forțelor de atracție gravitațională conduce la faptul că particulele încep să formeze materie stelară. Atunci când un cluster de gaze este dens, compresia intensă duce la formarea unui cluster de stele. Când dimensiunea norii de gaz este nesemnificativă, compresia duce la formarea unei singure stele.
O scurtă descriere a ceea ce se întâmplă este că viitorul stelei trece prin două etape - comprimarea rapidă și lentă la starea protostarului. Vorbind într-un limbaj simplu și ușor de înțeles, compresia rapidă este căderea materiei stelare în centrul protostarului. Compresia lentă are loc pe fondul centrului format al protostarului. În următorii sute de mii de ani, noua formare este redusă în dimensiune, iar densitatea acesteia crește de milioane de ori. Treptat, prototipul devine opac datorită densității mari a materiei stelare, iar compresia continuă declanșează mecanismul reacțiilor interne. Creșterea presiunii interne și a temperaturilor conduce la formarea unui viitor centru de greutate în viitoarea stea.
În această stare protostarul rămâne timp de milioane de ani, dând încet căldură și contractând treptat, diminuând dimensiunile. Ca rezultat, contururile unei noi stele apar, iar densitatea substanței sale devine comparabilă cu densitatea apei.
În medie, densitatea stelei noastre este de 1,4 kg / cm3 - aproape la fel ca densitatea apei din Marea Moartă sărată. În centrul Soarelui are o densitate de 100 kg / cm3. Substanța stelară nu este în stare lichidă, ci este sub formă de plasmă.
Sub influența unei presiuni și temperaturi enorme de aproximativ 100 milioane K, încep reacțiile termonucleare ale ciclului de hidrogen. Compresia încetează, masa obiectului crește atunci când energia gravitației se transformă în arderea termonucleară a hidrogenului. Din acest punct, o nouă stea, care energizează energia, începe să piardă masa.
Formarea descrisă mai sus a unei stele este doar o schemă primitivă care descrie etapa inițială a evoluției și a nașterii unei stele. Astăzi, astfel de procese în galaxia noastră și în întregul Univers sunt aproape imperceptibile datorită epuizării intense a materialului stelar. Pentru întreaga istorie conștientă a observațiilor galaxiei noastre, au fost remarcate numai apariții izolate de noi stele. În scara universului, această cifră poate fi mărită de sute și mii de ori.
Cea mai mare parte a vieții lor, protostarii sunt ascunși de ochiul uman de o coajă de praf. Emisia nucleului poate fi observată numai în domeniul infraroșu, care este singura modalitate de a vedea nașterea unei stele. De exemplu, în 1967, oamenii de știință astronomi din Nebuloasa Orion au descoperit o nouă stea, a cărei temperatură a radiației era de 700 de grade Kelvin. Ulterior, sa dovedit că locul de naștere al protostarelor sunt surse compacte, care sunt disponibile nu numai în galaxia noastră, dar și în alte părți ale universului care sunt îndepărtate de noi. Pe lângă radiațiile infraroșii, locurile de naștere ale unor noi stele sunt marcate de semnale radio intense.
Procesul de studiere și evoluția stelelor
Întregul proces de cunoaștere a stelelor poate fi împărțit în mai multe etape. La început, stabiliți distanța față de stea. Informații despre cât de departe este steaua de la noi, cât timp lumina trece de ea, dă o idee despre ceea ce sa întâmplat cu steaua în tot acest timp. După ce o persoană a învățat să măsoare distanța până la stele îndepărtate, a devenit clar că stelele sunt aceleași soare, numai de dimensiuni diferite și cu destine diferite. Cunoscând distanța față de stea, prin nivelul luminii și cantitatea de energie emisă, se poate urmări procesul de fuziune termonucleară a stelei.
După determinarea distanței față de stea, se poate calcula, folosind analiza spectrală, compoziția chimică a stelei și se poate afla structura și vârsta. Datorită apariției spectrografului, oamenii de știință au putut să studieze natura lumii stelelor. Acest dispozitiv poate determina și măsura compoziția gazului a materiei stelare, pe care o are steaua în diferite etape ale existenței sale.
Studiind analiza spectrală a energiei Soarelui și a altor stele, oamenii de știință au ajuns la concluzia că evoluția stelelor și a planetelor are rădăcini comune. Toate corpurile cosmice au același tip, o compoziție chimică similară și sunt derivate din aceeași materie rezultată din Big Bang.
Materia sterilă este formată din aceleași elemente chimice (până la fier), ca și planeta noastră. Singura diferență este în numărul acestor sau alte elemente și în procesele care se produc pe Soare și în interiorul pământului. Aceasta distinge stelele de alte obiecte din univers. Originea stelelor ar trebui să fie luată în considerare și în contextul unei alte discipline fizice - mecanica cuantică. Conform acestei teorii, materia care determină materia stelară constă în împărțirea constantă a atomilor și a particulelor elementare care își creează propriul microcosmos. În această lumină, interesul este structura, compoziția, structura și evoluția stelelor. Așa cum sa dovedit, masa principală a stelei noastre și multe alte stele reprezintă doar două elemente - hidrogen și heliu. Un model teoretic care descrie structura stelei va permite înțelegerea structurii și a diferenței principale față de alte obiecte spațiale.
Principala caracteristică este că multe obiecte din Univers au o anumită dimensiune și formă, în timp ce o stea își poate schimba mărimea pe măsură ce se dezvoltă. Gazul fierbinte este un compus de atomi legați unul de celălalt. Milioane de ani după formarea stelelor începe răcirea stratului de suprafață al materiei stelare. Steaua dă cea mai mare parte a energiei sale spațiului cosmic, în scădere sau în creștere în dimensiune. Transferul de căldură și energie are loc de la regiunile interioare ale stelei până la suprafață, afectând intensitatea radiației. Cu alte cuvinte, aceeași stea în diferite perioade ale existenței sale pare diferită. Procesele termonucleare bazate pe reacțiile ciclului de hidrogen contribuie la transformarea atomilor de hidrogen ușor în elemente mai grele - heliu și carbon. Potrivit astrofiziciștilor și cercetătorilor în domeniul nuclear, o astfel de reacție termonucleară este cea mai eficientă în ceea ce privește cantitatea de căldură eliberată.
De ce nu termina fuziunea termonucleară a nucleului cu explozia unui astfel de reactor? Lucrul este că forțele câmpului gravitațional din el pot menține materia stelară în limitele volumului stabilizat. Din aceasta putem trage o concluzie clară: orice stea este un corp masiv, care își păstrează dimensiunile datorită echilibrului dintre forțele gravitaționale și energia reacțiilor termonucleare. Rezultatul acestui model natural este o sursă de căldură care poate funcționa mult timp. Se presupune că primele forme de viață pe Pământ au apărut acum 3 miliarde de ani. Soarele în acele zile a încălzit planeta noastră așa cum este acum. În consecință, steaua noastră sa schimbat puțin, în ciuda faptului că amploarea căldurii și energiei solare radiată este enormă - mai mult de 3-4 milioane de tone în fiecare secundă.
Este usor sa calculezi cat de mult in anii existentei sale, steaua noastra a pierdut in greutate. Aceasta va fi o cifră uriașă, dar din cauza masei sale uriașe și a densității mari, astfel de pierderi din Univers ar părea nesemnificative.
Etapele evoluției stelelor
Soarta stelei depinde de masa inițială a stelei și de compoziția ei chimică. Atâta timp cât principalele rezerve de hidrogen sunt concentrate în nucleu, steaua se află în așa-numita secvență principală. De îndată ce a existat o tendință de creștere a dimensiunii stelei, aceasta înseamnă că principala sursă de fuziune termonucleară sa uscat. A început o cale lungă de transformare a unui corp ceresc.
Formate în univers, corpurile de iluminat sunt inițial împărțite în trei tipuri cele mai comune:
- vedete normale (pitici galbeni);
- vedetele pitice;
- gigant stele.
Stelele cu masă mică (pitici) ard lent magazinele de hidrogen și își trăiesc viețile destul de calm.
Asemenea stele sunt majoritatea în Univers și steaua noastră este un pitic galben. Odată cu debutul vârstei bătrâne, piticul galben devine un gigant roșu sau supergiant.
Pe baza teoriei originii stelelor, procesul de formare a stelelor în univers nu sa încheiat. Cele mai strălucite stele din galaxia noastră nu sunt numai cele mai mari, în comparație cu Soarele, dar și cele mai tinere. Astrofizicienii și astronomii numesc aceste stele stele supergiant albastru. În cele din urmă, se confruntă cu aceeași soartă, care se confruntă cu trilioane de alte stele. În primul rând, nașterea rapidă, viața strălucitoare și arzătoare, după care vine o perioadă de decădere lentă. Stele precum Soarele au un ciclu de viață lung, fiind în secvența principală (în partea de mijloc).
Folosind datele despre masa unei stele, putem să ne asumăm calea evolutivă de evoluție. O ilustrare ilustrativă a acestei teorii este evoluția starului nostru. Nimic nu este veșnic. Ca rezultat al fuziunii termonucleare, hidrogenul este transformat în heliu, prin urmare, rezervele sale inițiale sunt consumate și reduse. Uneori, foarte curând, aceste acțiuni se vor epuiza. Judecând prin faptul că Soarele nostru continuă să strălucească mai mult de 5 miliarde de ani, fără să se schimbe în dimensiune, vârsta matură a stelei poate dura încă aproximativ aceeași perioadă.
Scăderea rezervelor de hidrogen va conduce la faptul că, sub influența gravitației, nucleul soarelui va începe să se micșoreze rapid. Densitatea de bază va deveni foarte mare, astfel încât procesele termonucleare se vor deplasa în straturile adiacente miezului. O astfel de stare se numește colaps, care poate fi cauzată de reacții termonucleare în straturile superioare ale stelei. Ca rezultat al presiunii înalte, reacțiile termonucleare care implică heliu sunt declanșate.
Aprovizionarea cu hidrogen și heliu în această parte a stelei va dura milioane de ani. Nu este foarte curând faptul că epuizarea rezervelor de hidrogen va duce la o creștere a intensității radiației, o creștere a dimensiunii cochiliei și dimensiunea stelei în sine. Ca urmare, soarele nostru va deveni foarte mare. Dacă ne imaginăm această imagine în zeci de miliarde de ani, în loc de un disc strălucitor, un disc roșu fierbinte de dimensiuni gigantice va atârna pe cer. Giganții roșii sunt faza naturală a evoluției unei stele, starea ei de tranziție în categoria stelelor variabile.
Ca urmare a acestei transformări, distanța de la Pământ la Soare va scădea, astfel că Pământul va cădea în zona de influență a coroanei solare și va începe să se "prăjească" în ea. Temperatura de pe suprafața planetei va crește de zece ori, ceea ce va duce la dispariția atmosferei și la evaporarea apei. Ca urmare, planeta se va transforma într-un deșert stâncos fără viață.
Etapele finale ale evoluției stelelor
După ce a ajuns în faza gigantului roșu, steaua normală devine un pitic alb sub influența proceselor gravitaționale. Dacă masa stelei este aproximativ egală cu masa Soarelui nostru, toate procesele principale din el vor avea loc în liniște, fără impulsuri și reacții explozive. Pititul alb va muri mult timp, va cădea în cenușă.
În cazul în care steaua avea inițial o masă mai mare decât soarele de 1,4 ori, piticul alb nu va fi etapa finală. Cu o masă mare în interiorul stelei, procesele de compactare a materiei stelare încep de la nivelul atomic, molecular. Protonii se transformă în neutroni, densitatea stelei crește, iar dimensiunea ei scade rapid.
Știrile neutronice cunoscute științei au un diametru de 10-15 km. Cu dimensiuni atât de mici, steaua de neutroni are o masă imensă. Un centimetru cub de materie stelară poate cântări miliarde de tone.
În cazul în care am inițiat o stea cu o masă mare, etapa finală a evoluției ia alte forme. Soarta unei stele masive - o gaură neagră - un obiect cu natură neexplorată și un comportament imprevizibil. Masa enormă a stelei contribuie la creșterea forțelor gravitaționale care determină mișcarea forțelor de compresie. Suspendați acest proces nu este posibil. Densitatea materiei crește până când devine infinită, formând un spațiu singular (teoria relativității lui Einstein). Raza unei astfel de stele va deveni în cele din urmă zero, devenind o gaură neagră în spațiul cosmic. Găurile negre ar fi mult mai mari dacă în spațiu cea mai mare parte a spațiului era ocupată de stele masive și supermassive.
Trebuie remarcat faptul că în timpul transformării unui gigant roșu într-o stea neutronică sau într-o gaură neagră, Universul poate supraviețui unui fenomen unic - nașterea unui nou obiect spațial.
Nașterea unei supernove este cea mai impresionantă etapă finală a evoluției stelelor. 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.
În concluzie
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.
