Как рождаются и умирают светила? Пути звездной эволюции
«Нас сопровождает захватывающее зрелище — это проносящиеся мимо нас звезды, нескончаемый сияющий поток разнообразнейших звезд. Некоторые раздуты, как мыльные пузыри, и так огромны, что вместили бы десятки тысяч солнц и триллионы планет. Другие размером с небольшой город и в сто триллионов раз плотнее свинца. Бывают звезды одинокие, как наше Солнце, но большинство имеет компаньонов.
Преобладают двойные системы — две звезды, обращающиеся одна вокруг другой. Но это не предел: существует плавный переход от тройных систем через небольшие скопления, содержащие несколько десятков звезд, до гигантских шаровых скоплений, сверкающих миллионами солнц. Иные звездные пары настолько тесны, что едва не соприкасаются и между их поверхностями перетекает звездное вещество».
К. Саган. Космос. Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации
Звездное поле с ассоциациями и скоплениями
Голубые, желтые и красные светила
Покинув пределы Солнечной системы, мы тут же оказались среди многочисленной звездной россыпи ближних и дальних соседей нашего светила. Но в процессе феерического зрелища мириадов миров мы бы с удивлением открыли, что все межзвездное пространство довольно сильно заполнено микроскопическим «мусором».
Это прежде всего молекулы и атомы водорода межзвездной газовой среды, а также пыль, составляющая около 1 % всего межзвездного вещества. Пыльный газовый ковер, протянувшийся между звездами непрерывно во всех направлениях, пронизывается потоками быстрых частиц космических лучей, электромагнитным излучением и волнами плазмы звездного ветра.
Есть в межзвездной среде и слабые магнитные поля. Надо отметить, что космический «мусор» рассыпан неравномерно и то тут, то там встречаются его колоссальные тучи газопылевых облаков. Это очень редкие облака, но в них сосредоточена чуть ли не половина всего межзвездного газа. Космические «тучи» бывают двух видов — атомарные и молекулярные, причем именно в последних, более плотных, и сосредоточена подавляющая масса облачного газа.
Астрономы считают молекулярные облака своеобразными звездными яслями, где рождаются новые светила. Массы новорожденных звезд лежат в очень широком диапазоне: от сотых долей до сотни масс светила по имени Солнце. В то же время небольшие светила рождаются гораздо чаще, чем гиганты. Приблизительно половина звезд живет одиночками, остальные образуют двойные, тройные и множественные (до семи компонентов) семьи, причем чем больше звезд, тем реже встречаются такие системы.
Именно при таких условиях в наиболее плотных молекулярных облаках возникают всяческие неоднородности, которые тут же начинают притягивать к себе окружающие газ и пыль. Когда этот гигантский ком уплотнения в молекулярном облаке достигает массы Солнца, в нем становится возможным формирование звезды.
Новорожденные звезды в туманности Конская Голова
Для этого в борьбе газового давления и гравитации должна победить последняя, так что эта очень плотная часть молекулярного облака становится настолько массивной, что под действием сил тяготения начинает неудержимо сжиматься. Такое катастрофическое сжатие, или коллапс, плотной неоднородности облака происходит сравнительно быстро в космических масштабах и длится несколько миллионов лет. В результате возникают космические объекты, которые астрономы называют протозвездами (от греч. «первый»).
Это еще далеко не звезды, а, скорее, их холодная основа, и когда температура в центре протозвезд начинает достигать нескольких миллионов градусов, происходит запуск термоядерных реакций. Давление излучения от ядерных превращений в ядре протозвезды компенсирует силы гравитационного сжатия, и протозвезда наконец становится звездой. В нашей галактике Млечный Путь, по оценкам астрофизиков, рождается ежегодно около десятка звезд. Много это или мало? Во всяком случае, судя по всему, общий баланс между рождением и смертью светил сильно не отклоняется ни в одну из сторон.
Протозвезда
Протозвездами астрофизики называют плотные фрагменты молекулярного газопылевого облака, в которых внутренний разогрев еще не достиг границ начала термоядерных реакций, превращающих их в полноценные звезды.
Каждый астроном мечтает хоть краем глаза увидеть процесс рождения новой звезды, но это замечательное природное явление длится миллионолетия и надежно скрыто от любопытных взглядов в холодных недрах темных газопылевых облаков. Поэтому для исследования процессов возникновения звезд астрофизики широко используют методы электронного моделирования, рассчитывая все параметры с помощью мощных компьютеров.
В конце своего жизненного пути звезды приходят к разному финалу, зависящему от их массы, превращаясь в белые карлики, нейтронные звезды или черные дыры. Так, если звезда маломассивная, то и сжимающие ее силы гравитации будут малы, а ее сжатие по мере выгорания ядерного топлива остановится на устойчивой стадии белого карлика. Термоядерные реакции в ядре белого карлика медленно затухают, а его видимое свечение — результат накопленной теплоты. Массы белых карликов примерно равны солнечной, да и наше светило через несколько миллиардов лет должно превратиться в белого карлика.
Ну а если масса звезды будет превышать некий критический предел, то гравитационное сжатие продолжится. Сорванные колоссальным давлением электроны «впечатываются» в протоны, образуют нейтроны. Через некоторое время вся звезда будет состоять из нейтронов, имея гигантскую плотность при радиусе всего несколько километров.
Нейтронные звезды весьма экзотические космические объекты, чем-то напоминающие макроскопические атомные ядра. В случае если масса звезды велика и образование нейтронной звезды не прекратит ее катастрофическое сжатие, конечным этапом ее эволюции станет бездонный космический провал черной дыры. Подобный гравитационный коллапсар образуется при неограниченном сжатии силами внутреннего тяготения массивных небесных тел до радиуса в десятки километров.
Пути звездной эволюции
Большинство звезд гаснет тихо, переходя в мир холодных небесных тел практически незаметно, но есть среди звездного населения Вселенной и амбициозные создания, заявляющие о своей кончине на весь мир. Это видимые даже днем вспышки сверхновых, упоминания о которых можно встретить в летописях самых разных племен и народов. В среднем подобные чудовищные звездные взрывы происходят в каждой галактике раз в два-три десятилетия. В максимуме своего блеска вспышка сверхновой вполне может затмить сотни миллиардов звезд, превышая свет от всего остального галактического звездного населения.
Еще в 1930-х годах ученые предполагали, что взрывы сверхновых образуют сверхплотные нейтронные звезды. Много позже это подтвердило открытие пульсаров — очень быстро вращающихся нейтронных звезд. Один из первых пульсаров был открыт в самом центре Крабовидной туманности в созвездии Тельца на месте сверхновой вспышки 1054 года.
Это интересно
Группа астрономов, использовав для наблюдений новый инфракрасный восьмиметровый телескоп, а также данные для молодых звездных скоплений с космического телескопа «Хаббл», неожиданно открыла целый мирок сверхмассивных звезд. Их массы в сотни раз превосходят солнечную, что намного превышает теоретический предел, принятый в настоящее время.
Существование этих странных светил, блистающих в миллионы раз ярче Солнца, заставляет пересмотреть отдельные положения астрофизики и заново поставить вопрос о том, насколько массивными в принципе могут быть звезды. Часть открытых сверхгигантов населяет протяженные газопылевые облака в нашей галактике, где на расстоянии 20 тыс. световых лет происходит их интенсивное формирование.
Второе их скопление, состоящее из молодых, массивных и очень горячих звезд, удалено уже на сотни тысяч световых лет и вкраплено в туманность Тарантул из соседней галактики Большое Магелланово Облако. Очень высока и температура поверхности сверхгигантов (свыше 40 тыс. °С), что более чем в семь раз превышает температуру поверхности Солнца.
Как и другие звезды, сверхмассивные светила образуют двойные системы, испускающие мощнейшие потоки звездных ветров. Из-за интенсивного излучения сверхгиганты теряют за десятки тысячелетий солнечную массу вещества, и поэтому их век жизни очень краток — лишь несколько миллионолетий, а затем происходит взрыв сверхновой. Любопытно, что если поместить сверхгигант на место нашего светила, то его яркость превысит солнечную настолько, насколько само Солнце светит ярче полной Луны.
Кроме того, сверхмассивность подобной звезды резко ускорит движение нашей планеты вокруг Солнца и сократит земной год до трех недель. При этом ураган ветра от такого нового «солнца» сорвет с Земли ее магнитосферу и выжжет озоновый слой, после чего на беззащитную поверхность обрушится мощнейшее ультрафиолетовое излучение, уничтожая все живое на нашей планете.
