В прошлом уже публиковалась статья о том, как холодные туманности превращаются в «звёздные ясли». И об эволюции звезд на главной последовательности тоже материал был. А вот о моменте отделяющем первое от второго, собственно, о протозвёздах и молодых звёздах, кажется статьи не было. По крайней мере я сам по оглавлению канала такой не нашёл…
И следовательно о превращении сгущений газопылевой смеси в светила. В основе чуда – механизм гравитационного коллапса. Если облако газа начинает сжиматься к общему центру масс, частота столкновений хаотически движущихся частиц растёт. При этом выделяется тепловая энергия. При сжатии газ, как известно, нагревается.
Вместе с температурой увеличивается внутреннее давление, стремящееся облако рассеять. Но сила притяжения растёт пропорционально квадрату убывания радиуса, и давление не успевает за ней, поскольку часть энергии уносится излучением. Если уж гравитационные коллапс однажды начался, его не остановить, – без дополнительных затрат энергии, почерпнутой из нового (не гравитационного) источника.
По мере же сжатия и нарастания интенсивности обмена импульсом между частицами хаотичное движение приобретает упорядоченность. В общем случае – в начальный момент – каждая молекула или пылинка движется вокруг центра масс по вытянутой эллиптической орбите со случайным наклонением. Пылинки могу нестись навстречу друг-другу и тогда при столкновении вся их кинетическая энергия перейдёт в тепло, а импульс взамоуничтожится. Собственно, именно это и происходит, туча греется, сокращаясь в размерах (так как частицы растратившие энергию вынуждены набирать новую в свободном падении), но одновременно облако и раскручивается. Ибо количество частиц крутящихся «налево» и «направо» не одинаково строго.
Данный аспект не очевиден, – с чего бы вдруг «не одинаково»? Но само облако образовалось в результате слияния меньших клубов пыли и газа, имевших разную массу и движущихся относительно общего центра в разных – случайных – направлениях… То есть, дисбаланс импульсов и вращение возникают обязательно. Хотя, ось и направление вращения чисто случайны, а скорость вращения случайна в значительной степени, – зависит от температуры газа… Теоретически, кстати, может оказаться что скорость вращения будет близка к нулю, но она никогда не будет нулю равна (скажутся просто квантовые флуктуации). И вероятность такого совпадения будет стремиться к нулю вместе со скоростью вращения…
В общем случае коллапсирующая туча стремится принять форму вращающегося шара, – поскольку внутреннее давление в каждой точке направлено от центра. Но шар не получается, – расплющивается, пока не превратится в диск. И тут всё просто. Частицы на круговых орбитах лежащих в плоскости поперечной оси вращения сталкиваются и теряют импульс реже всего. Поскольку их орбиты не пересекаются, а относительная к соседним скорость минимальна. И чем сильнее отличается орбита от круговой, и чем сильнее выходит из плоскости эклиптики, тем быстрее тормозятся частицы… То есть, шар сжимается везде, кроме диска. И кроме центра, – только там давление эффективно сжатию противодействует, так как тепло выделяющееся при поступлении новых порций вещества с «экватора», перераспределяется в полную сферу.
Таким образом, протозвезда представляет собой диск со сферическим утолщением в центре. И считается «протозвездой» с момента, когда начинает светить. Протосолнце достаточно разогрелось, чтобы засиять багровым цветом, когда центральное утолщение ещё имело радиус с орбиту Марса.
Протозвезда отличается от настоящей тем, что источник энергии у неё чисто гравитационный. Тепло выделяется при сжатии, и если снаружи она крутящийся газ, то ближе к центру газ уплотняется и полностью ионизируется, превращаясь в плазму, плотную, как жидкость и даже – в самом центре – как лава. Поскольку же плазма непрозрачна, от центра, где температура максимальна, тепло переносится наружу потоками расширяющегося нагретого вещества. Как следствие, протозвезда светит неравномерно, – идёт пятнами и даже вспухает фонтанами плазмы… И это к вопросу, почему у планет есть ядро из тяжёлых элементов, а у звёзд нет (теория не берётся что-то категорично утверждать лишь для случая бурых карликов). Из-за высокой температуры и высокого темпа выделения энергии недра звезды с самого начала полностью конвективны. Вещество постоянно перемешивается, и даже исторгается из протозвезды. Чтобы остыть, покрутиться поблизости, и снова перетечь в диск.
Поглощая же выбросы, диск на этом этапе тоже постепенно нагревается и начинает светиться на радость астрономам. Однако, яркий и хорошо заметный остаточный диск характерен больше уже для следующей стадии – молодой звезды.
Молодая звезда отличается от настоящей тем, что у неё ещё нет условно «твёрдого» (многих бесит, что механически плазма может обладать свойствами твёрдого тела) ядра. Внутри молодая звезда, – а Солнце стало таковой ужавшись до размеров орбиты Меркурия, – даже не «жидкая». Жидкость, всё-таки, не сжимаема... Не жидкая, но плотная, уже как расплавленный свинец. Для того, чтобы в звезде разгорелись термоядерные реакции этого мало, – давление категорически недостаточно. Однако, молодёжь всё время куда-то спешит, и термоядерный механизм выделения энергии работать уже начинает, – в режиме детонаций.
Механизм конвекции, плюющийся плазмой в рандомных направлениях в случайные моменты работает неравномерно. Неравномерно же поступает и вещество из диска. Как следствие температура и давление скачут, что приводит к эффекту имплозии. Это когда при сжатии сферического тела давление передаётся к центру с большей площади на меньшую и, соответственно, растёт. В ядерных боеприпасах основной заряд подрывается концентрической ударной волной… Вот, в молодых звёздах то же самое происходит.
Имплозии приводят к термоядерным детонациям в ядре. Выделившаяся энергия устремляется наружу со струями раскалённого вещества, оставшееся снаружи холодное удивляется и падает на освободившееся место, сталкиваясь там с собой и провоцируя новый взрыв… Собственно, радиус для молодой звезды достаточно условен, – она пульсирует, плюётся и кипит.
И продолжает сжиматься. В общем случае. В частном, облака более 200 солнечных масс из данной стадии не выходят, на этапе молодой звезды выделение энергии уже оказывается достаточным чтобы остановить коллапс, а избыток материи просто разметать. Звезда же массы вменяемой, уплотняясь, достигает стадии, когда ядро становится твёрдым, – пульсации прекращаются и начинается горения на постоянной основе. В этот момент, – звезда переходит на главную последовательность, – давление излучения прекращает осаждение нового вещества из диска.
И даже частично диск «сдувает». Из внутренних областей вытесняется всё, кроме минеральной пыли, из внешних же, как минимум, частично водород… Но это уже другая история. Про образование планет.
