Вселенная – незыблемый эталон вечности для любого наблюдателя с Земли, чей срок жизни несравним с вековым долголетием даже самых юных звезд. Но всему суждено однажды появиться на этом свете и однажды кануть в небытие. Звезды не стали исключением.
Да будет свет. Рождение Вселенной и первых звезд.
Это было очень давно. Настолько давно, что это невозможно представить. Наша вселенная родилась примерно 13,8 миллиардов лет назад, и событие это было по истине грандиозным. Пространство с бесконечно высокой плотностью и температурой, называемое космологической сингулярность, «взорвалось».
В первые несколько секунд после Большого взрыва вселенная начала расширяться, зародив пространство и время. Вся известная нам материя в те времена существовала лишь в виде плазмы. Но чем сильнее расширялся космос, тем сильнее он остывал. Отметив свой 380 000 день рождения, вселенная остыла так сильно, что электроны осели на ядрах и появились первые атомы. Сотни миллионов лет газ, состоящий в основном из водорода и гелия, расширялся и остывал, но со временем начали расти небольшие газовые скопления, плотность которых немного превышало среднюю. Чем больше росли эти облака, тем сильнее возрастала их плотность и гравитационное притяжение, что в последствие помогало набирать им еще больше газа. В конце концов, некоторые газовые облака достигли критического порога, и запустился ядерный синтез. Так зажглись первые звезды и закончились «Темные времена».
Что было дальше? Звезды главной последовательности
С началом ядерных процессов рождается звезда, и большинство из них попадает в самый долгий период своего существования – стадию главной последовательности. Что бы разобраться в том, что такое главная последовательность, нужно обратиться к диаграмме Герцшпрунга – Рассела.
Диаграмма Герцшпрунга – Рассела представляет собой график, на вертикальной оси которого отсчитывается светимость звезд, а на горизонтальной наблюдаемая температура поверхности. На нее нанесены экспериментально наблюдаемые звезды, по их расположению, можно определить закономерности их спектра и светимости. Благодаря этим закономерностям звезды поделили на строгие категории – последовательности: главная последовательность, белые карлики, гиганты и сверхгиганты.
Самая распространенная из них – главная последовательность (на диаграмме расположена от правого нижнего до левого верхнего угла). Всем звездам этой категории предначертана одна судьба – постепенно прожигать водород в своих ядрах пока он окончательно не превратится в гелий. В течение миллионов лет звезда будет становиться горячее и ярче, и вместе с этим будет возрастать интенсивность термоядерных реакций. Все это приведет к истощению запасов водорода, а когда это произойдет, зависит от его первоначального запаса. На первый взгляд может показаться странным, но зависимость эта обратная: чем больше водорода звезда содержит изначально, тем быстрее она погибнет, а чем меньше его содержание, тем дольше срок жизни звезды.
Например, голубые гиганты, расположенные в самом верху главной последовательности, самые большие и горячие в ней. Они содержат огромные запасы водорода, но для того что бы противостоят силам гравитационного коллапса (процесс быстрого сжатия объектов под воздействием сил гравитации) они вынуждены быстро «сжигать» весь содержащийся в них водород. Из-за столь бурных реакций температура поверхности некоторых может доходить до 60 000 кельвинов, для сравнения температура Солнца составляет всего лишь 5 772 кельвина. Именно поэтому срок их жизни столь невелик, всего лишь несколько миллионов лет.
В самом низу расположены красные карлики, они почти неразличимы на ночном небе. Температура поверхности красных карликов почти в два раза ниже Солнечной, а радиус самых маленьких представителей 10 раз меньше радиуса нашей звезды. Из-за малой массы и температуры красные карлики «сжигают» своё ядерное топливо очень медленно. Поэтому светят они с постоянной яркостью и живут триллионы лет. Это невероятно долго, за все время существования вселенной еще ни один красный карлик не успел закончить свой жизненный путь.
Наше Солнце – золотая середина, оно относится к желтым карликам. Оно достаточно велико что бы согревать всех жителей Земли, но и достаточно мало для того что бы делать это очень долго. Солнце расположено на стадии главной последовательности уже достаточно давно, но нам пока что не о чем переживать, потому что в ней оно пробудет еще около 5 миллиардов лет.
Но как бы печально это не было, однажды и Солнце закончит свой жизненный путь, фееричный конец которого мы с вами никогда не увидим.
Конец? Как «умирают» звезды
Говоря о том, как звезды закончат свой жизненный путь, нельзя не упомянуть об их спектральных классах. Спектральная классификация звезд – это распределение звезд на группы по особенности их спектра. Такой параметр как спектр один из самых важных для изучения звезд ведь благодаря ему можно узнать о светимости звезды, расстоянии до нее, температуру, размер химический состав атмосферы и другое. В Гарвардской классификации спектральные типы обозначены семью буквами латинского алфавита: O, B, A, F, G, K, M. Рассмотрим их подробнее.
Красные карлики. Спектральный класс M
Красные карлики – это достаточно маленькие и холодные звезды. Их масса составляет от 7,5% до 50% солнечной. Когда большая часть водорода в их составе переработается в гелий, самые маленькие представители класса сожмутся и станут небольшими, но горячими голубыми карликами. Но как упоминалось ранее, на такую трансформацию потребуется времени больше чем существует вселенная, поэтому найти на небе голубых карликов невозможно. Когда водород закончится окончательно и топлива для термоядерных реакций больше не останется, голубые карлики станут белыми, и еще долго будут гаснуть, до тех пор, пока не станут холодными черными карликами.
Красные карлики, чья масса составляет от 20% до 50% масс Солнца, перед тем как стать белыми карликами, проходят через невероятно красивую трансформацию. Когда запасы водорода начнут иссекать, звезда больше не сможет производить достаточное количество гелия для поддержания термоядерной реакции, тогда в синтез иногда будет вступать сам гелий и начнет образовываться углерод. Это приведет к резкому увеличению радиуса светила, но при этом и к потере температуры. Так звезда превращается в красного субгиганта, а затем, сбрасывая внешнюю оболочку, рождается планетарная туманность, в центре которого прячется белый карлик.
Спектральные классы A, F, G, K
К этим классам относятся звезды белого (A), бело-желтого (F), желтого (G) и оранжевого цветов (K) и обладают массой от 0,5 до 8 масс солнца. Когда водород заканчивается, термоядерные реакции внутри светил не останавливаются. Благодаря большой массе, внутри звезд не только гелий вступает в реакцию, но и углерод с образованием кислорода, и это будет происходить вплоть до образования железа. Это приведет к значительному увеличению радиуса звезды, вплоть до становления ее красным гигантом. Потом звезда сбросит свою внешнюю оболочку. И дальше есть два пути, либо на месте звезды останется белый карлик, состоящий из углерода и кислорода. Либо почти такой же белый карлик, но в составе имеющий более тяжелые элементы, такие как неон, магний и железо.
Спектральный класс B и O
К спектральному классу O относятся самые горячие звезды голубого цвета ( с температурой поверхности более 30 тысяч кельвинов), а к классу Bменее горячие бело-голубые ( от 10 до 30 тысяч кельвинов). Масса светил этих классов превышает значение 8 солнечных. Их жизнь заканчивается взрывом невероятной мощности, который вызван очень быстрым сжатием (коллапсом) ядер. Такое событие называется взрывом сверхновой. Оставшаяся после взрыва туманность, со временем разбивается на газопылевые облака, которые дают жизнь новым звездам, а ядро становится нейтронной звездой. Нейтронная звезда – это объект очень маленького размера с диаметром всего 15-20 километров, но при этом обладающий огромной для своего размера массой (почти как у двух Солнц). Так же нейтронные звезды примечательны скоростью обращения вокруг своей оси – несколько сотен в секунду.
Но если до момента взрыва сверхновой масса составляла больше 18 масс Солнца, ядро превращается не в нейтронную звезду, а в черную дыру – самый массивный объект во вселенной.
Заключение
Жизненный путь звезд это грандиозный спектакль экспрессионизма. Дающий жизнь не только пышным туманностям, загадочным черным дырам, новым звездам, но и нам. Большая часть элементов, из которых мы с вами состоим, то из чего состоит наша жизнь, то, что мы видим вокруг себя или только на картинках, когда то родилось на свет в пламени взрыва сверхновой. Мы с вами были рождены благодаря звездам, благодаря Солнцу мы можем жить, и, кто знает, может быть, однажды мы тоже станем одной из звезд, за которой с удовольствием и интересом будут наблюдать жители и ученые с других планет.