Эволюция Вселенной

Образование и эволюция звезд

Традиционным мнением ученых является предположение, что звезды образовались и образуются в результате конденсации облаков разреженной газопылевой межзвездной среды. Под действием гравитационных сил из образовавшихся облаков формируется плотный непрозрачный газовый шар, внутреннее давление которого не уравновешивает гравитационные силы, сжимающие шар. Со временем он сжимается настолько, что температура звездных недр повышается, и давление горячего газа внутри шара уравновешивает внешние силы. Сжатие прекращается. Длительность этого процесса зависит от массы звезды и обычно составляет от нескольких миллионов до сотен миллионов лет.

Температура внутри звезды достаточно высока, чтобы в ней происходили термоядерные реакции. Именно они являются причиной излучения звезд (водород, образующий звезды, превращается в гелий). Время расхода звездой имеющихся запасов водорода определяется ее массой.

От этого же зависит и длительность излучения звезды. Когда запасы водорода истощаются, звезда превращается в красный гигант. Это происходит следующим образом. После прекращения выделения звездой энергии гравитационные силы начинают сжимать ядро. При этом размеры звезды увеличиваются. Светимость также возрастает, поскольку термоядерные реакции продолжают происходить, но только в тонком слое на границе ядра.

Описанные процессы сопровождаются повышением температуры сжимающегося гелиевого ядра и превращением ядер гелия в ядра углерода.

Солнце станет красным гигантом через 8 млрд лет, его радиус при этом увеличится в несколько десятков раз, светимость — в сотни раз по сравнению с нынешним показателем.

Заключительной стадией развития звезд является образование белого карлика. Это происходит с теми из них, масса которых близка к массе Солнца.

Гигантские звезды быстро истощают запасы ядерного горючего. Это сопровождается потерей массы, в частности за счет сброса внешних оболочек. В результате от звезды остается только постепенно остывающая центральная часть, в которой полностью прекратились ядерные реакции. Со временем такие звезды прекращают излучать и становятся невидимыми.

Иногда нормальное развитие звезд нарушается. Как правило, это касается массивных звезд, исчерпавших все виды термоядерного горючего. Они могут преобразоваться в:

• — нейтронные звезды
• — сверхновые звезды
• — черные дыры

Нейтронные звезды

Ядро звезды, масса которой находится в пределах 1,4-2 массы Солнца, в процессе сжатия под действием гравитационных сил минует стадию белого карлика и продолжает сжиматься. Это явление получило название гравитационный коллапс. С замедлением гравитационного коллапса начинается образование нейтронов из электронов и протонов — появляется горячая нейтронная звезда. Когда силы гравитации уравновешиваются силами давления нейтронного газа, гравитационный коллапс останавливается. Звездная масса постепенно охлаждается и покрывается твердой корой, образуется холодная нейтронная звезда.

Сверхновые звезды

Для звезд массой 1,4 массы Солнца остановка гравитационного коллапса приводит к образованию очень сжатого ядра и довольно Слабой оболочки. При наталкивании внешних слоев на твердое ядро происходит резкий выброс энергии и образуется ударная волна, движущаяся в обратном направлении. При этом оболочка разогревается настолько, что в ней начинают происходить термоядерные реакции. Это сопровождаются выделением колоссального количества энергии, что можно рассматривать как гигантский взрыв. Внешние слои звезды срываются, и вещество, образующее звезду, с огромной скоростью уносится в пространство. Этот процесс называют вспышкой сверхновой.

Остатки звезды формируют нейтронную звезду.

Черные дыры

Любое тело может иметь такое граничное значение гравитационного радиуса, при котором гравитационное поле на поверхности настолько возрастает, что вторая космическая скорость равна скорости света. Такое тело не будет испускать ни частиц, ни волн. Оно абсолютно невидимо для внешнего наблюдателя, поскольку не способно отражать лучи. Такие тела называют черными дырами.

Процесс образования черной дыры следующий. Для звезды, масса которой превышает массу Солнца в два раза, гравитационный коллапс не останавливается самопроизвольно. Он продолжается до тех пор, пока звезда не достигнет радиуса около 10 км и не превратится в черную дыру.

Существование черных дыр предположил еще в 1796 г. французский ученый Лаплас. В настоящее время считают, что существуют двойные системы звезд (одна из которых — черная дыра), являющиеся источником рентгеновского излучения. Это, например, Лебедь Х-1, Геркулес Х-1, Центавр Х-1, Центавр Х-3.

Ученые обнаружили более десятка двойных звездных систем, в которых масса невидимой звезды превосходит 3 абсолютные звездные величины. Были зафиксированы признаки втягивания вещества в черную дыру: быстрые колебания блеска, характерные для горячего газа, с большой скоростью вращающегося вокруг компактного объекта. Среди них наиболее перспективной считали рентгеновскую двойную звезду V404 Лебедя: масса невидимого тела, по предположениям, превышала 6 абсолютных звездных величин. Кроме того, черные дыры, возможно, имеются в двойных системах Лебедь Х-1, 1МС Х-3, V616 Единорога, QZ Лисички, в рентгеновских новых системах Змееносец 1977, Муха 1981, Скорпион 1994 и др. Многие из них находятся в пределах звездной системы Млечный Путь. Черные дыры невидимы, так как они не отражают свет.

Продолжается изучение ядер галактик, в них происходит скапливание и уплотнение большого количества вещества, а также столкновение звезд, что является подходящими условиями для формирования черных дыр. Есть предположение, что во Вселенной несколько сотен миллионов черных дыр.