Просто о сложном: как рождаются и умирают звезды

Когда люди смотрят на ночное небо и видят там мерцающие огоньки, то они вряд ли задумываются о том, что мы видим звезды такими, какими они были сотни или даже тысячи лет назад.

Именно такой промежуток времени требуется фотонам, чтобы добраться от звезды до Земли. Некоторые звезды, наблюдаемые с помощью самых передовых космических телескопов, уже давно мертвы, но мы все еще видим их свет. Некоторые из звезд, что уже родились, до сих пор не появились на ночном небе, так как фотоны, испущенные ими, только в пути. Как же рождаются и умирают звезды? Давайте разберемся.

Строительный материал

Чтобы рождение звезды стало возможным, потребуется огромный запас водорода, который является простейшим химическим элементом во Вселенной. Молекула водорода состоит всего лишь из двух атомов, которые в свою очередь состоят из ядра с одним протоном. Там же находится квантовое облако, где обитает единственный электрон.

После Большого Взрыва

Водород стал первым элементом, рожденным после Большого Взрыва. Раскаленная до запредельных температур материя, состоящая их протонов, нейтронов, электронов и других элементарных частиц, постепенно остывала и конденсировалась.

Когда молодая Вселенная начала остывать, то водород стал формироваться в огромных количествах. Понижение температуры позволило электронам объединяться с протонами и формировать молекулы первого водорода.

Современная космологическая модель указывает на то, что этот процесс начался всего лишь через 1 секунду после Большого Взрыва и продолжался около 3 минут. Невероятно, но столь короткого промежутка времени хватило, чтобы Вселенная ощутимо остыла.

Новорожденная Вселенная состояла на 75% из водорода и на 25% из гелия. На данный момент ученые выделяют еще несколько элементов из периодической системы, но их доля была крайне мала и достигала лишь тысячных долей процентов.

Выходит, что строительный материл для звезд готов, но достаточно ли этого? Оказывается, что молекулам еще нужно сконденсироваться настолько, чтобы гравитационные силы, рожденные между ними, смогли запустить термоядерную реакцию.

Когда родилась наша Вселенная, то материя была поразительно равномерно распределена в пространстве и, по всей видимости, это водородное облако в бесконечной тьме так бы и осталось нетронутым, если бы не квантовые флуктуации (любое случайное отклонение какой-либо величины).

Молекулярное облако

Иногда молекулярное облако еще называют звездной колыбелью и под этим термином подразумевают тип межзвездного облака, чья плотность и размер позволяют формироваться молекулам водорода.

Следы молекулярных облаков можно наблюдать и сегодня. Они представляют собой космическое фоновое излучение или межзвездные туманности, насыщенные водородом и гелием. Именно в звездных колыбелях начинают свой жизненный путь звезды, когда плотность газа достигает невероятно высокого уровня.

Итак, плотность молекулярного облака возрастает, а вместе с ней и температура. Молекулы начинают быстрое вращение. Плотность продолжает нарастать, как и вращение, а молекулы водорода начинают сталкиваться друг с другом, испуская в пространство фотоны в инфракрасном спектре.

В какой-то момент происходит коллапс молекулярного облака, но при этом формируются центробежные силы, которые не дают окружающей материи «обвалиться». Так формируется протопланетный диск, который в будущем, вероятно, даст жизнь планетам.

Зарождение звезды

Газовому облаку нужно где-то 50 млн. лет, чтобы зародилась протозвезда, которая представляет собой плазменный шар, вращающийся на огромной скорости. Молекулы водорода не выдерживают критических температур и начинают разрушаться, формируя отдельные атомы.

Каким-то протозвездам так и не повезет стать полноценными звездами из-за того, что температура в недрах окажется недостаточной для поддержания термоядерного синтеза. Что будет с такими объектами? Они пополнят ряды коричневых карликов, которые за несколько сотен миллионов лет остывают и разрушаются. Их масса относительно невелика и составляют от 1% до 10% от солнечной массы.

Если протозвезда все же крупная, то процесс коллапса будет продолжаться дальше. Внутренняя температура продолжит рост, пока энергия атомов водорода не достигнет критической отметки. Когда это произойдет, то запустится естественная термоядерная реакция. Плазменный шар начинает излучать тепло, коллапс останавливается и все. Наша звездочка готова!

Жизненный цикл до сверхновой

Пока в недрах звезды осуществляется термоядерная реакция, водород превращается в гелий и звезда «работает», как наше Солнце. Будет ли это длиться вечно? Конечно нет. Запасы водорода ограничены и в какой-то момент (через несколько миллиардов лет) они будут исчерпаны полностью. Водородное топливо станет гелиевым, а во внешней оболочке все еще будут продолжаться реакции.

Ядро перенасыщается гелием и растет, раздувается, масса увеличивается очень быстро! Опять начинается гравитационный коллапс. В момент этой фазы звезда становится красным гигантом. Внутри светила снова запускаются термоядерные реакции и гелий начинается превращаться в углерод, кислород, кремний и так далее до железа.

Все. Жизнь звезды подходит к концу. Если она была массивной и раз так в 8-10 крупнее Солнца, то скорее всего звезда превратится в сверхновую и разразится взрывом во Вселенной. Вспышки сверхновых — это нечто. Они могут быть в сотни раз ярче целой галактики. Ударная волна, которая промчится по пространству, запустит механизм сжатия других молекулярных облаков, а значит где-то в отдаленных уголках Вселенной начнется зарождение очередных звезд.

Если умирающая звезда была достаточно массивной, то возможно зарождение черной дыры. Что такое черная дыра и какие подробности известны ученым на сегодняшний день? Об этом мы говорили в деталях ЗДЕСЬ.