Narodenie a vývoj hviezd: obrovská továreň vesmíru

Každý z nás aspoň raz v živote pozrel do hviezdnej oblohy. Niekto sa pozrel na túto krásu, zažil romantické pocity, druhý sa pokúsil pochopiť, odkiaľ pochádza všetka táto krása. Život vo vesmíre, na rozdiel od života na našej planéte, prúdi inou rýchlosťou. Čas vo vesmíre žije vo vlastných kategóriách, vzdialenosti a veľkosti vo vesmíre sú obrovské. Málokedy premýšľame o tom, že pred našimi očami sa neustále vyvíjajú galaxie a hviezdy. Každý objekt v nekonečnom priestore je výsledkom určitých fyzických procesov. Galaxie, hviezdy a dokonca aj planéty majú hlavné fázy vývoja.

Hviezdna obloha

Naša planéta a my všetci závisí na našom svietidle. Ako dlho bude slnko potešiť svojou teplo a dýcha život do solárneho systému? Čo nás čaká v budúcnosti v miliónoch a miliardách rokov? Z tohto hľadiska je zaujímavé dozvedieť sa viac o tom, aké sú štádiá vývoja astronomických objektov, odkiaľ pochádzajú hviezdy, a ako sa končí život týchto nádherných svetiel na nočnej oblohe.

Pôvod, vznik a vývoj hviezd

Vývoj hviezd a planét, ktoré obývajú našu galaxiu Mliečna dráha a celý vesmír, bol z veľkej časti dobre študovaný. Zákony fyziky, ktoré pomáhajú pochopiť pôvod kozmických objektov, pracujú nepochybne vo vesmíre. Základom v tomto prípade je teória Veľkého tresku, ktorá je teraz dominantnou doktrínou procesu procesu vzniku vesmíru. Podujatie, ktoré otriaslo vesmírom a viedlo k vytvoreniu vesmíru, podľa vesmírnych noriem, bleskovo rýchlo. Pre vesmír, od narodenia hviezdy až po jeho smrť, prechádzajú chvíle. Obrovské vzdialenosti vytvárajú ilúziu stálosti vesmíru. Hviezda, ktorá blyla v diaľke, nás blyší miliardy rokov, v tom čase to nemusí byť.

Teória veľkého tresku

Teória vývoja galaxií a hviezd je vývoj teórie Veľkého tresku. Náuka o narodení hviezd a vznik hviezdnych systémov je rôzna v rozsahu a načasovaní, ktoré sa na rozdiel od vesmíru ako celku dajú pozorovať modernými prostriedkami vedy.

Štúdium životného cyklu hviezd je možné na príklade najbližšieho svetla. Slnko je jednou zo stoviek biliónov hviezd v našom zornom poli. Okrem toho vzdialenosť od Zeme až po Slnko (150 miliónov km) poskytuje jedinečnú príležitosť preskúmať objekt bez toho, aby opustil hranice slnečnej sústavy. Získané informácie umožnia podrobne pochopiť, ako sú usporiadané ostatné hviezdy, ako rýchlo sa tieto obrovské zdroje tepla vyčerpajú, aké sú štádiá vývoja hviezdy a čo bude koniec tohto brilantného života - tichý a tmavý alebo šumivý, výbušný.

Po Veľkom tresku sa malé častice vytvorili medzihviezdnymi mraky, ktoré sa stali "nemocnicou" pre trilióny hviezd. Je charakteristické, že všetky hviezdy sa narodili v rovnakom čase ako výsledok kontrakcie a rozšírenia. Kompresia v oblakoch kozmického plynu sa vyskytla pod vplyvom vlastnej gravitácie a podobných procesov v nových hviezdach v okolí. Rozšírenie vzniklo v dôsledku vnútorného tlaku medzihviezdneho plynu a pôsobením magnetických polí vo vnútri plynového mraku. Zároveň sa oblak voľne otáčal okolo svojho stredu hmoty.

Plynný mrak

Vzdušné mraky vznikajúce po explózii tvoria 98% atómového a molekulárneho vodíka a hélia. Len 2% v tomto poli predstavuje prach a tuhé mikroskopické častice. Predtým sa verilo, že v strede akejkoľvek hviezdy leží jadro železa zahriate na teplotu milióna stupňov. Tento aspekt vysvetľoval obrovskú hmotnosť svietidla.

V protiklade s fyzickými silami prevládali kompresné sily, pretože svetlo vyplývajúce z uvoľňovania energie nepreniká do plynového mraku. Svetlo spolu s časťou vyžarovanej energie sa rozprestiera smerom von a vytvára negatívnu teplotu a oblasť s nízkym tlakom vo vnútri hustého hromadenia plynu. V takom stave je kozmický plyn rýchlo stlačený, vplyv síl gravitačnej príťažlivosti vedie k tomu, že častice začínajú tvoriť hviezdnu hmotu. Keď je zhluk plynu hustý, intenzívna kompresia vedie k vytvoreniu hviezdokupu. Keď je veľkosť plynového mraku nevýznamná, kompresia vedie k vytvoreniu jednej hviezdy.

Vytvorenie jednej hviezdy

Stručný popis toho, čo sa deje, je, že budúcnosť hviezdy prechádza dvoma etapami - rýchla a pomalá kompresia na stav protostára. Hovorí v jednoduchom a zrozumiteľnom jazyku, rýchla kompresia je pád hviezdnej hmoty do stredu protostára. Na pozadí vytvoreného stredu protostaru dochádza k pomalej kompresii. V priebehu nasledujúcich sto tisíc rokov sa nová forma zmenšuje a jej hustota sa zvyšuje miliónykrát. Postupne sa protostar stáva nepriehľadným kvôli vysokej hustote hviezdnej hmoty a pokračujúca kompresia spúšťa mechanizmus vnútorných reakcií. Rast vnútorného tlaku a teplôt vedie k vytvoreniu budúceho ťažiska budúcej hviezdy.

V tomto stave, protostar zostáva milióny rokov, pomaly vydáva teplo a postupne sa znižuje, klesajúci. V dôsledku toho sa objavujú obrysy novej hviezdy a hustota ich látky sa stáva porovnateľnou s hustotou vody.

Veľkosť a hustota hviezd

Hustota našej hviezdy je v priemere 1,4 kg / cm3 - takmer rovnaká ako hustota vody v slanom mŕtvom mori. V strede Slnka je hustota 100 kg / cm3. Hviezdna hmota nie je v kvapalnom stave, ale je vo forme plazmy.

Pod vplyvom obrovského tlaku a teploty približne 100 miliónov K sa začínajú termonukleárne reakcie vodíkového cyklu. Kompresia prestane, hmotnosť objektu sa zvýši, keď sa energia gravitácie zmení na termonukleárne spaľovanie vodíka. Od tejto chvíle nová hviezda vyžarujúca energiu začína strácať hmotnosť.

Vyššie opísaná forma hviezdy je len primitívna schéma, ktorá opisuje počiatočnú fázu vývoja a narodenia hviezdy. Dnes takéto procesy v našej galaxii av celom vesmíre sú takmer nepostrehnuteľné kvôli intenzívnemu vyčerpaniu hviezdneho materiálu. Pre celú vedomú históriu pozorovaní našej galaxie boli zaznamenané iba izolované vystúpenia nových hviezd. V rozsahu vesmíru sa toto číslo môže zvýšiť stovky a tisíckrát.

Väčšinu svojho života sú protostary skryté z ľudského oka prachovou škrupinou. Emisie jadra možno pozorovať len v infračervenom rozsahu, čo je jediný spôsob, ako vidieť vznik hviezdy. Napríklad v roku 1967 objavili astronomickí vedci v hmlovine Orion novú hviezdu, ktorej teplota žiarenia bola 700 stupňov Kelvina. Následne sa ukázalo, že rodiskom protosárov sú kompaktné zdroje, ktoré sú k dispozícii nielen v našej galaxii, ale aj v iných častiach vesmíru, ktoré sú od nás vzdialené. Okrem infračerveného žiarenia sú miesta narodenia nových hviezd označené intenzívnymi rádiovými signálmi.

Proces štúdia a vývoj hviezd

Celý proces poznania hviezd môže byť rozdelený do niekoľkých etáp. Na začiatku určite vzdialenosť od hviezdy. Informácie o tom, ako ďaleko je hviezda od nás, ako dlho z nej dopadá svetlo, dáva predstavu o tom, čo sa stalo s touto hviezdou počas celého tohto obdobia. Keď sa človek naučil merať vzdialenosť medzi vzdialenými hviezdami, bolo jasné, že hviezdy sú rovnaké slnky, ktoré majú rozdielne veľkosti a rôzne osudy. Keď poznáme vzdialenosť od hviezdy, úroveň svetla a množstvo vyžarovanej energie možno sledovať proces termonukleárnej fúzie hviezdy.

Termonukleárna fúzia na Slnku

Po určení vzdialenosti od hviezdy je možné pomocou spektrálnej analýzy vypočítať chemické zloženie hviezdy a zistiť jeho štruktúru a vek. Vďaka vzhľadu spektrografu dokázali vedci študovať povahu svetla hviezd. Toto zariadenie môže určiť a zmerať zloženie plynu hviezdnej hmoty, ktoré hviezda má v rôznych štádiách svojej existencie.

Štúdium spektrálnej analýzy energie Slnka a iných hviezd vedci dospeli k záveru, že vývoj hviezd a planét má spoločné korene. Všetky kozmické telá majú rovnaký typ, majú podobné chemické zloženie a sú odvodené z tej istej hmoty vyplývajúcej z Veľkého tresku.

Hviezdna hmota sa skladá z rovnakých chemických prvkov (až po železo) ako naša planéta. Jediný rozdiel je v počte týchto alebo iných prvkov a v procesoch, ktoré sa vyskytujú na Slnku a vo vnútri zeme. To rozlišuje hviezdy od iných objektov vo vesmíre. Pôvod hviezd by sa mal brať do úvahy aj v kontexte inej fyzickej disciplíny - kvantovej mechaniky. Podľa tejto teórie záležitosť určujúca hviezdnu hmotu pozostáva z neustáleho rozdeľovania atómov a elementárnych častíc, ktoré vytvárajú vlastný mikrokozmos. Z tohto hľadiska je zaujímavá štruktúra, zloženie, štruktúra a vývoj hviezd. Ako sa ukázalo, hlavná hmota našej hviezdy a mnohých ďalších hviezd predstavuje len dva prvky - vodík a hélium. Teoretický model popisujúci štruktúru hviezdy umožní pochopenie ich štruktúry a hlavného rozdielu od iných priestorových objektov.

Zloženie hviezd

Hlavným rysom je, že veľa objektov vo vesmíre má určitú veľkosť a tvar, zatiaľ čo hviezda môže zmeniť svoju veľkosť v priebehu vývoja. Horúci plyn je zmes atómov slabo naviazaných na seba. Po miliónoch rokov po vzniku hviezd začne chladenie povrchovej vrstvy hviezdnej hmoty. Hviezda dáva väčšinu svojej energie do vesmíru, klesá alebo sa zväčšuje. Prenos tepla a energie prebieha z vnútorných oblastí hviezdy na povrch, čo ovplyvňuje intenzitu žiarenia. Inými slovami, tá istá hviezda v rôznych obdobiach jej existencie vyzerá inak. Termonukleárne procesy založené na reakciách vodíkového cyklu prispievajú k transformácii ľahkých atómov vodíka na ťažšie prvky - hélium a uhlík. Podľa astrofyzikov a jadrových vedcov je takáto termonukleárna reakcia najúčinnejšia z hľadiska množstva uvoľneného tepla.

Prečo termonukleárna fúzia jadra končí explóziou takéhoto reaktora? Ide o to, že sily gravitačného poľa v ňom môžu udržiavať hviezdnu hmotu v medziach stabilizovaného objemu. Z toho môžeme vyvodiť jednoznačný záver: každá hviezda je masívne telo, ktoré si zachováva svoju veľkosť vďaka rovnováhe medzi gravitačnými silami a energiou termonukleárnych reakcií. Výsledkom tohto ideálneho prírodného modelu je zdroj tepla, ktorý môže pracovať dlhú dobu. Predpokladá sa, že prvé životné formy na Zemi sa objavili pred 3 miliardami rokov. Slnko v tých dňoch otepľovalo našu planétu tak, ako je to teraz. V dôsledku toho sa naša hviezda zmenila len málo, napriek tomu, že rozsah žiarenia tepla a slnečnej energie je obrovský - viac ako 3-4 miliónov ton každú sekundu.

Emisie slnka

Je ľahké vypočítať koľko v priebehu rokov svojej existencie naša hviezda stratila váhu. Bude to obrovská figúrka, ale vzhľadom na obrovskú hmotnosť a vysokú hustotu takéto straty vo vesmíre vyzerajú nevýznamne.

Etapy vývoja hviezd

Osud hviezdy závisí od počiatočnej hmotnosti hviezdy a jej chemického zloženia. Pokiaľ sú hlavné rezervy vodíka sústredené v jadre, hviezda je v takzvanej hlavnej sekvencii. Akonáhle došlo k nárastu veľkosti hviezdy, znamená to, že hlavný zdroj termonukleárnej fúzie vysušil. Začala dlhá posledná cesta transformácie nebeského tela.

Vývoj normálnych hviezd

Sformované vo vesmíre svietidlá sú najprv rozdelené do troch najbežnejších typov:

  • normálne hviezdy (žlté trpaslíky);
  • trpasličí hviezdy;
  • obrovské hviezdy.

Hviezdy s nízkou hmotnosťou (trpaslíkov) pomaly spaľujú zásoby vodíka a žijú v pokoji pokojne.

Také hviezdy sú väčšinou vo vesmíre a naša hviezda je žltá trpaslík. Pri nástupe staroby sa žltý trpaslík stáva červeným obrom alebo supergiantom.

Tvorba neutronovej hviezdy

Na základe teórie vzniku hviezd nebol proces vytvárania hviezd vo vesmíre ukončený. Najjasnejšie hviezdy v našej galaxii sú nielen najväčšie v porovnaní so Slnkom, ale aj najmladšie. Astrofyziológovia a astronómovia nazývajú tieto hviezdy modrými supergiantmi. Nakoniec čelia rovnakému osudu, ktorý zažíva trilióny iných hviezd. Po prvé, rýchle narodenie, brilantný a temperamentný život, po ktorom prichádza obdobie pomalého rozkladu. Hviezdy, ako napríklad Slnko, majú dlhý životný cyklus a sú v hlavnom poradí (v strednej časti).

Hlavná sekvencia

Použitím údajov o hmotnosti hviezdy môžeme predpokladať jeho vývojovú cestu vývoja. Ilustratívnou ilustráciou tejto teórie je vývoj našej hviezdy. Nič nie je večné. V dôsledku termonukleárnej fúzie sa vodík prevádza na hélium, preto sa jeho počiatočné zásoby spotrebúvajú a znižujú. Niekedy, veľmi skoro, tieto zásoby vyčerpajú. Ak sa rozhodneme, že naše Slnko bude naďalej žiariť viac ako 5 miliárd rokov bez toho, aby zmenilo veľkosť, starý vek hviezdy môže stále trvať približne za rovnaké obdobie.

Vyčerpanie rezervy vodíka povedie k tomu, že pod vplyvom gravitácie sa jadro slnka začne rýchlo zmenšovať. Hustota jadra sa stane veľmi vysokou, čo povedie k tomu, že termonukleárne procesy sa presunú do vrstiev susediacich s jadrom. Takýto stav sa nazýva kolaps, ktorý môže byť spôsobený termonukleárnymi reakciami v horných vrstvách hviezdy. V dôsledku vysokého tlaku sa spustia termonukleárne reakcie zahŕňajúce hélium.

Červený obor

Dodávka vodíka a hélia v tejto časti hviezdy bude trvať milióny rokov. Nie je veľmi skoro, že vyčerpanie zásob vodíka povedie k zvýšeniu intenzity žiarenia, zvýšeniu veľkosti škrupiny a veľkosti samotnej hviezdy. V dôsledku toho sa naše slnko stane veľmi veľkým. Ak si predstavíme tento obraz za desiatky miliárd rokov, namiesto oslnivého jasného disku bude na oblohe visieť horúci červený disk obrovských rozmerov. Červené obry sú prirodzenou fázou vývoja hviezdy, jej prechodným stavom do kategórie premenlivých hviezd.

V dôsledku tejto transformácie sa vzdialenosť od Zeme k Slnku zníži, takže Zem padne do oblasti vplyvu slnečnej koróny a začne sa "pražiť" v nej. Teplota na povrchu planéty sa zvýši desaťnásobne, čo povedie k zmiznutiu atmosféry a odparovaniu vody. V dôsledku toho sa planéta zmení na bezohľadnú skalnatú púšť.

Konečné štádiá vývoja hviezd

Po dosiahnutí fázy červeného obra sa normálna hviezda stáva bielym trpaslíkom pod vplyvom gravitačných procesov. Ak je hmota hviezdy približne rovnaká ako hmotnosť nášho Slnka, všetky jeho hlavné procesy sa vyskytnú ticho, bez impulzov a výbušných reakcií. Biele trpaslík zomrie dlhý čas, vybledne na popol.

V prípadoch, keď hviezda pôvodne mala viac ako 1,4-násobok solárnej energie, biely trpaslík nebude poslednou fázou. Pri veľkej hmote vnútri hviezdy procesy zhutňovania hviezdnej hmoty začínajú na atómovej, molekulárnej úrovni. Protóny sa zmenia na neutrony, hustota hviezdy sa zvyšuje a veľkosť sa rýchlo znižuje.

Neutrónová hviezda

Neutrónové hviezdy, ktoré sú vedecky známe, majú priemer 10-15 km. S tak malými rozmermi má neutronová hviezda obrovskú hmotnosť. Jeden kubický centimeter hviezdnej hmoty môže vážiť miliardy ton.

V prípade, že sme sa na začiatku zaoberali hviezdou veľkého množstva, posledná fáza vývoja nadobúda iné formy. Osud masívnej hviezdy - čiernou dierou - objekt s nepreskúmanou povahou a nepredvídateľným správaním. Obrovská hmota hviezdy prispieva k zvýšeniu gravitačných síl, ktoré stlačujú sily v pohybe. Pozastaviť tento proces nie je možné. Hustota hmoty sa zvyšuje, kým sa nestane nekonečno a vytvorí sa jedinečný priestor (Einsteinova teória relativity). Polomer takejto hviezdy sa nakoniec stane nulovou a stane sa čiernou dierou vo vesmíre. Čierne diery by boli oveľa väčšie, ak by v priestore bola väčšina priestoru obsadená masívnymi a supermassivnými hviezdami.

Čierna diera

Treba poznamenať, že počas transformácie červeného obra na neutronovú hviezdu alebo do čiernej diery môže vesmír prežiť jedinečný fenomén - vznik nového vesmírneho objektu.

Narodenie supernovy je najpôsobivejším posledným štádiom vývoja hviezd. Здесь действует естественный закон природы: прекращение существование одного тела дает начало новой жизни. Период такого цикла, как рождение сверхновой, в основном касается массивных звезд. Израсходовавшиеся запасы водорода приводят к тому, что в процесс термоядерного синтеза включается гелий и углерод. В результате этой реакции давление снова растет, а в центре звезды образуется ядро железа. Под воздействием сильнейших гравитационных сил центр массы смещается в центральную часть звезды. Ядро становится настолько тяжелым, что неспособно противостоять собственной гравитации. Как следствие, начинается стремительное расширение ядра, приводящее к мгновенному взрыву. Рождение сверхновой - это взрыв, ударная волна чудовищной силы, яркая вспышка в бескрайних просторах Вселенной.

Взрыв сверхновой

Следует отметить, что наше Солнце не является массивной звездой, поэтому подобная судьба ее не грозит, не стоит бояться такого финала и нашей планете. В большинстве случаев взрывы сверхновых происходят в далеких галактиках, с чем и связано их достаточно редкое обнаружение.

Na záver

Эволюция звезд - это процесс, который растянут по времени на десятки миллиардов лет. Наше представление о происходящих процессах - всего лишь математическая и физическая модель, теория. Земное время является лишь мгновением в огромном временном цикле, которым живет наша Вселенная. Мы можем только наблюдать то, что происходило миллиарды лет назад и предполагать, с чем могут столкнуться последующие поколения землян.