Устойчивое состояние звезд не является вечной и абсолютной, хотя они и живут миллиарды земных лет без заметного нарушения устойчивости. Звезда продолжает охлаждаться, сжиматься и терять устойчивость чрезвычайно медленно. Неотвратимая старость звезды наступает только лишь через миллиарды лет ее устойчивого существования, когда весь водород выгорит и превратится в гелий.
Тут сжатие звезды существенно убыстряется, не встречая должного сопротивления изнутри. Если после некоторого такого сжатия звезда все же сохранила какое-то количество вещества, способного взрываться, то звезда взрывается, выбрасывая все свои внешние слои в космическое пространство. Возникает очень любопытный вопрос: как протекает процесс старения и гибели звезды, у которой вещество, способное взрываться, полностью иссякло?
Рассмотрим поведение некоторой шарообразной звезды с массой М и радиусом R. Любая частичка, имеющая массу м и движущаяся по поверхности этого шара с окружной скоростью v, притягивается к центру звезды гравитационной силой и отталкивается от него центробежной силой. Эта частичка будет держаться на поверхности звезды в состоянии невесомости только лишь в том случае, если гравитационные и центробежные силы будут равны между собой.
Если масса выражается в кг, то сила и вес должны выражаться в кг х км/сек^2 (или кг х м/сек^2 ). В этом случае гравитационная постоянная равна: G = 6,67 × 10^(-20) км^3 /кг*сек^2 . Чтобы такого рода вес или силу перевести в бытовые кг, его или ее необходимо разделить на ускорение свободного падения (то есть если и масса и сила выражаются в кг, то во всех формулах с массой следует обращаться как с весом). Из приведенного выше условия (13) может быть определена первая космическая скорость, при которой частичка становится спутником рассматриваемой звезды. Аналогичным образом находим условие, при котором эта же частичка сможет оторваться от поверхности звезды и выйти за пределы ее притяжения:
Из этого выражения может быть определена вторая космическая скорость, необходимая для того, чтобы частичка могла оторваться от рассматриваемой звезды. Если же левая часть последнего выражения окажется больше правой, то рассматриваемая частичка не сможет оторваться от звезды и покинуть ее пределы. Она может удалиться от поверхности звезды, если увеличит свою скорость. Однако материальная частица не может увеличить свою скорость беспредельно. Если энергии движущейся частички и вакуума имеют разные знаки, то увеличение скорости сверх критической сопровождается аннигиляцией. Поэтому скорость рассматриваемой частички у не может быть больше скорости света с. Из условия v = с сначала найдем критический радиус, а затем — критическую плотность:
Критическим называется такой наибольший радиус физического тела, при котором гравитационные силы становятся настолько могущественными, что ни одна материальная частица (даже фотон) не может оторваться от его поверхности. Соответственно, критической называется такая наименьшая плотность физического тела, при которой гравитационные силы становятся настолько могущественными, что ни одна материальная частица (даже фотон) не может оторваться от его поверхности.
Если радиус шара Р меньше или равен критическому радиусу Rcr, а также если плотность шара р больше или равна критическому значению плотности рcr, то от поверхности звезды не сможет оторваться никакая частица, даже фотон. Для нашего Солнца критический радиус равен 2,9 км. Если Солнце сжать до радиуса 2,9 км, то его гравитационное поле возрастет до такой степени, что ни один фотон не сможет покинуть его поверхность, и оно перестанет светить совсем.
Однако расчеты показывают, что наше Солнце никогда не сможет сжаться до таких размеров. Даже в процессе закономерной гибели, которая произойдет примерно через 10 млрд земных лет, Солнце может быть сжато собственными силами гравитации только лишь до тех пор, пока ее радиус не станет равным 6000 км. Тогда плотность Солнца возрастет до 15 000 т/см^3 . При такой плотности гравитационные силы, направленные внутрь Солнца, полностью уравновесятся силами отталкивания, существующими между отдельными частицами: электронами и ионами.
Эти силы отталкивания, направленные наружу, остановят процесс дальнейшего гравитационного сжатия Солнца. По этой причине любая малая звезда, масса которой равна или меньше, чем удвоенная масса нашего Солнца, умирает медленно и неэффектно, превратившись в так называемого белого карлика. Однако большая звезда, масса которой превышает удвоенную массу нашего Солнца, рано или поздно сжимается до своего критического радиуса. Такая звезда только лишь притягивает и присоединяет к себе все соседние тела и частицы, однако она ни в коем случае не может отдать в окружающее пространство ни одной своей элементарной частицы.
Продолжение следует...