С древних времен люди наделяли звезды особым смыслом. Выражения «чтобы твоя звезда зажглась» и «твоя звезда будет сиять на небосводе» стали символами успеха и удачи. Падающие звезды до сих пор ассоциируются с исполнением желаний, а звездное небо считают путеводной картой для человеческих судеб. Заведующий астрофизической оптической обсерваторией Кубанского государственного университета Александр Иванов рассказывает о том, как рождаются и развиваются эти космические гиганты.
Как «рождаются» звезды?
До сих пор остается загадкой рождение самой Вселенной, но именно с этого этапа начинается и зарождение звезд. Согласно теории Большого Взрыва (примерно 13,8 млрд лет назад) образовались элементарные частицы, из которых начался процесс формирования протонов, электронов и других частиц. Постепенно эти частицы образовали огромные газопылевые облака, которые стали основой для образования новых небесных тел, включая первые звезды — протозвезды. Важно отметить, что Солнце относится к звездам второго поколения, сформировавшимся из остатков первых светил.
«Протозвезды еще не стали «полноценными» звездами, их температура была недостаточной для возникновения термоядерного синтеза – слияния атомов водорода. Однако постепенно критическая масса слипающихся частиц достигала уровня, когда они образовывали не просто шар. Внутри начинал действовать закон Кулона: отталкивающие силы уже не могли сопротивляться гравитации, и начиналось слияние ядер — происходило явление термоядерного синтеза», — объясняет Александр Иванов.
Ученые классифицируют звезды, учитывая их массу, размеры и жизненный цикл:
- Коричневый карлик — маломассивное тело, способное лишь частично поддерживать термоядерные реакции. Эти объекты находятся на границе между планетами и звездами.
- Красный карлик имеет небольшой размер и низкую активность, способен существовать миллиарды лет.
- Желтый карлик — средней массы и похож на наше Солнце.
- Голубой гигант имеет огромную массу и короткую продолжительность жизни.
- Красные гиганты и сверхгиганты являются финальной стадией крупных звезд перед взрывом. В этой фазе звезда значительно увеличивается в размерах: ее внешние слои расширяются, иногда достигая «орбиты Юпитера».
Размеры звёзд могут сильно отличаться друг от друга, даже среди звёзд одной группы. Их свойства зависят не только от веса, но и от возраста. К примеру, красный гигант может быть в сотни раз больше нашего Солнца, хотя весит примерно столько же.
Жизненный цикл
Каждая звезда имеет свою уникальную судьбу, которая зависит от ее первоначальной массы.
«Солнце прожило уже 5 миллиардов лет, и по оценкам запасов водорода в ядре светилу хватит еще 5–5,5 миллиардов лет. Чем массивнее звезда, тем большим запасом водорода располагает. Однако для противодействия гравитационным силам приходится сжигать водород все интенсивнее, что приводит к более быстрому израсходованию вещества и последующему исчезновению», — объясняет эксперт.
Массивные светила, несмотря на свою яркость, сгорают за относительно короткий период — десятки миллионов лет. Звезды средней величины, подобные Солнцу, могут существовать около 10 миллиардов лет. А небольшие красные и коричневые карлики способны светить сотни миллиардов лет.
Как «умирают» звезды?
По мере истощения запасов водорода в центральной области звезды происходят изменения. Звезды малой и средней массы (от 0,5 до 8 масс Солнца) превращаются в красные гиганты, сбрасывая внешнюю оболочку и образуя планетарные туманности. Оставшееся ядро (размером примерно с Землю, около 12 000 км в диаметре) превращается в белый карлик.
Звезды-гиганты (более 8 солнечных масс) проходят фазу термоядерного синтеза вплоть до образования железа, которое не способно поддерживать цепочку дальнейших реакций. Когда гравитация преодолевает сопротивление внутренних сил, наступает катастрофическое событие — взрыв сверхновой, ведущий либо к формированию нейтронной звезды (массивной звезды, один кубический сантиметр которой, может весить миллионы тонн), либо черной дыры.
По словам ученого, несмотря на значительные успехи в изучении звездной эволюции, некоторые вопросы остаются открытыми. Особенно это касается природы черных дыр. Хотя существуют теоретические модели и косвенные доказательства их существования, прямое наблюдение остается сложной задачей.
Например, Бетельгейзе и UY Щита — красные сверхгиганты, способные в конце своей эволюции обеспечить вспышку сверхновой. Если подобная вспышка произойдет на расстоянии менее 100 световых лет от Земли, это может представлять серьезную опасность для нашей цивилизации.
Изучение происхождения и эволюции звезд остается одной из ключевых задач астрофизики. Благодаря усилиям ученых мы все больше узнаем о механизмах работы Вселенной, хотя многие тайны еще предстоит раскрыть.