Рождение звёзд. Как это происходит?
Ближайшая к нам звезда это наше Солнце. Заштатный жёлтый карлик, по космическим меркам стабильный и покладистый. Но тем не менее мы каждый раз ощущаем его воздействие на нас, когда в периоды изменения активности, потоки солнечного ветра приводят в смятение магнитное поле Земли, нарушая радиосвязь и спутниковую навигацию, так или иначе влияя на наше самочувствие, а так же на многие другие земные процессы.
Строго говоря, Земля живёт под управлением Солнца и всё что происходит на нашем дневном светиле, так или иначе отражается и на нас и окружающем нас мире.
Для того, чтобы знать и понимать происходящее у нас на Земле, нам надо понимать Солнце, а для этого надо знать как оно устроено, как родилось и развивалось. Но так как наше Солнце это тоже звезда, значит, в более широком смысле мы изучаем и стараемся понять, как рождаются и живут и прочие звёзды по соседству с нами.
Самые первые звёзды во Вселенной начали появляться в промежутке между 400 и 700 млн. лет после Большого взрыва из уже остывших и достаточно холодных молекулярных облаков водорода. Первыми стали образовываться горячие яркие гиганты, с очень коротким сроком жизни, в конце жизненного цикла они взрывались как сверхновые, обогащая Вселенную тяжёлыми химическими элементами. Насыщение межзвёздного газа всеми элементами всей таблицы Менделеева в итоге привело к тому разнообразию звёздного и планетарного мира, который мы сейчас и можем наблюдать. Формирование звёзд происходит под действием силы, которая правит миром — гравитации.
Итак. По завершении протонной эпохи Вселенной, когда она остыла до состояния, когда стало возможным формирование атомов и молекул, появились гигантские облака молекулярного водорода, сравнительно плотные на фоне межзвёздного пространства, с массой в сотни тысяч и миллионы солнечных. Такие огромные облака гравитационно не устойчивы и они начинают делиться на более мелкие, до тех пор, пока не доберутся до массы менее 100 солнечных, это тот уровень, когда уже могут образовываться звёзды.
В таких фрагментированных облаках газ начинает нагреваться по мере сжатия, вызванного высвобождением гравитационной потенциальной энергии, и облако постепенно становится протозвездой, начинает вращаться и принимает сферическую форму. При этом вероятно первые звёзды были примерно одинаковыми по массе и светимости и только когда уже сформировались первые галактики, под действием внешних сил протозвёзды стали рождаться разными по массе и по светимости соответственно. Современная наука доказала что звёзды одной светимости и цвета имеют примерно одинаковую массу. В процессе формирования любая из будущих звёзд проходит через 2 этапа — быстрого и медленного сжатия протозвезды.
Быстрое сжатие — это практически свободное падение вещества протозвезды к ее центру. На этом этапе безраздельно царствует гравитация. И хотя при сжатии газ должен был бы нагреваться, его температура почти не меняется: избыток тепла уходит в виде инфракрасного излучения, для которого рыхлая протозвезда совершенно прозрачна. Так проходит около 100 тысяч лет, в ходе которых размер протозвезды сокращается в 100 тысяч раз, а плотность вещества возрастает в миллионы миллиардов раз — от почти полного вакуума до плотности комнатного воздуха.
Молекулярное облако во время гравитационного коллапса продолжает сжиматься до тех пор, пока не исчезнет гравитационная энергия. Постепенно, сжимающееся облако становится непрозрачным для собственного излучения, достигаемое при плотности в 10−13 грамм на куб. см., что приводит к заметному росту температуры — до 60-100 К
Отвод тепла резко снижается, а продолжающееся сжатие газа приводит к его быстрому нагреву, давление возрастает и уравновешивает силу тяжести. Теперь протозвезда может сжиматься не быстрее, чем позволяет медленное охлаждение с поверхности. Эта фаза длится несколько десятков миллионов лет, но за это время размер будущей звезды уменьшается только раз в десять, а вещество сжимается примерно до плотности воды. По достижении температуры около 2000 К начинается разделение молекул водорода на атомы, попутно начинается ионизация атомов водорода и гелия.
Сжатие продолжается и когда температура в недрах протозвезды достигает нескольких миллионов градусов, зажигается термоядерные реакции: водород начинает превращаться в гелий с выделением энергии, которая компенсирует её излучение с поверхности. Сжатие прекращается, наступает равновесие между гравитацией и излучением — протозвезда стала звездой.