Жизненный цикл звезды
- Звезды рождаются в облаках водородного газа , называемых туманностями
- Как долго живет звезда и как она умирает, зависит от ее массы
- Звезды с большой массой становятся нейтронными звездами и сверхновыми, в то время как звезды с малой массой становятся белыми карликами и планетарными туманностями
Ничто в этой вселенной не длится вечно. Даже сами звезды перестают существовать. Когда мы смотрим на ночное небо, звезды кажутся вечными и неизменными. По сравнению с человеческими временными масштабами звезды, кажется, существуют вечно, однако Вселенная постоянно претерпевает изменения. Если бы вам довелось прожить много миллиардов лет, вы бы увидели, как меняется ночное небо по мере того, как рождаются новые звезды и умирают другие. Жизнь и смерть звезд - это постоянный цикл, который происходит по всей Вселенной. Гибель одной звезды приведет к образованию другой. Материал, который когда-то был частью звезды, будет переработан и использован для формирования нового поколения звезд и планет. Как рождаются звезды и как они умирают?
Рождение звезды
Каждая звезда начинает свою жизнь как огромное облако газообразного водорода, расположенное внутри звездного питомника, называемого туманностью. Все, что необходимо для того, чтобы этот водород образовал звезду, - это внешний процесс, который нагревает водород, заставляя его слипаться. По мере того как все больше материи скапливается вместе, ее масса увеличивается, как и ее гравитационное притяжение. Процесс аккреции становится экспоненциальным, так как чем больше масса, тем больше гравитация, что, в свою очередь, еще больше увеличивает массу. Как только образуется достаточное количество водорода, температура и давление достигают критической точки, и начинается процесс ядерного синтеза. В ядре каждой звезды отдельные ядра водорода сливаются вместе, образуя гелий, в результате чего выделяется огромное количество энергии. Как только ядерный синтез поддерживается внутри формирующейся звезды, она становится так называемой звездой главной последовательности. Каждая звезда главной последовательности существует в состоянии равновесия. Огромная гравитация звезды пытается раздавить ее, в то время как внешний поток энергии от ядерного синтеза противодействует гравитации. Две противоборствующие силы поддерживают звезду на протяжении бесчисленных поколений.
Основная последовательность
Хотя каждая звезда рождается аналогичным образом, тип формирующейся звезды зависит от того, сколько массы она содержит. Масса звезды будет определять и другие характеристики звезды, такие как ее гравитация и светимость. Главная последовательность - это способ для астрономов определить типы звезд. Главная последовательность - это график, который отслеживает светимость и массу звезды, а тип звезды определяется тем, где на главной последовательности падает звезда. Например, звезды с высокой массой расположены в верхней части главной последовательности, в то время как звезды с низкой массой расположены в нижней части. Солнце - звезда средней и малой массы, поэтому оно находится примерно в середине главной последовательности. По мере эволюции звезды она будет перемещаться в разные положения вдоль главной последовательности. В конце концов, каждая звезда полностью покинет главную последовательность и вступит в заключительную стадию своей жизни.
Звездная Смерть
То, как звезда заканчивает свою жизнь и как долго она будет существовать, зависит от того, где она попадает на главную последовательность. Звезды с большой массой живут относительно короткую жизнь и в конечном итоге станут сверхновыми. Звезды с меньшей массой будут светить в течение многих миллиардов лет, прежде чем превратятся в красного гиганта и, в конечном счете, в белого карлика. Может показаться нелогичным, что звезды с большой массой живут короче, чем звезды с малой массой. В конце концов, звезды с большой массой содержат гораздо большее количество топлива, и поэтому можно было бы подумать, что они будут существовать дольше. Интересно, что более высокие температуры звезд с большой массой означают, что они сжигают свое топливо намного быстрее, чем звезды с малой массой. Несмотря на то, что у них больше всего топлива, самые массивные звезды, скорее всего, просуществуют всего несколько миллионов лет, прежде чем превратятся в сверхновые. Между тем считается, что звезды с наименьшей массой, называемые красными карликами, имеют продолжительность жизни от сотен миллиардов до триллионов лет. На самом деле красные карлики могут жить так долго, что во Вселенной не наблюдалось ни одного красного карлика преклонного возраста.
Когда у звезды с большой массой начинает заканчиваться полезный водород в ее ядре, состояние равновесия начинает нарушаться. Направленного наружу потока энергии уже недостаточно, чтобы противодействовать гравитации звезды, и звезда начинает сжиматься. Когда звезда коллапсирует, давление внутри ядра начинает стремительно расти. Процесс ядерного синтеза продолжается, только теперь он способен образовывать еще более тяжелые элементы, такие как углерод, кислород и азот. Процесс ядерного синтеза будет продолжаться вниз по периодической таблице, пока не достигнет железа. Хотя некоторые из самых массивных звезд могут сплавлять железо в своих ядрах, этот процесс требует больше энергии, чем высвобождается. Как только в ядре звезды образуется железо, она вступает в свои последние мгновения. Вся звезда коллапсирует сама по себе. В ядре давление становится настолько высоким, что расстояние между отдельными атомами сокращается. Протоны и электроны будут сливаться вместе, образуя нейтроны, и в конечном итоге ядро не будет состоять практически ни из чего, кроме нейтронов. Ядро становится нейтронной звездой. Внешние слои звезды продолжают разрушаться и отскакивают от нейтронной звезды, что приводит к мощному взрыву, называемому сверхновой. Что касается самых массивных звезд во Вселенной, то они продолжат свой коллапс и после образования нейтронной звезды, что приведет к образованию черной дыры.
Звезды с большой массой гаснут с треском, в то время как звезды с малой массой гаснут с большим шумом. Звезды с низкой и средней массой не содержат достаточного количества массы, чтобы образовать нейтронную звезду и сверхновую. Скорее всего, когда у звезды с малой массой закончится полезный водород, звезда расширится и превратится в красного гиганта. Радиус звезды увеличится, но ее масса останется прежней. Из-за этого гравитация звезды недостаточно сильна, чтобы удержаться на внешних слоях звезды. Внешние слои звезды постепенно сдуваются, образуя оболочку из звездного материала вокруг умирающей звезды, называемую планетарной туманностью. Ядро звезды действительно разрушается под огромным давлением, но оно не превращается в нейтронную звезду. Скорее всего, ядро звезды с малой массой становится белым карликом. Учитывая массу нашего солнца, оно, вероятно, погибнет таким образом, образовав планетарную туманность и белого карлика примерно через пять миллиардов лет.
Смерть и возрождение
Смерть звезды - это не конец ее истории. Удивительно, но материал, который создается в результате ядерного синтеза, однажды будет использован при формировании нового поколения звезд и планет. На самом деле, основываясь на химическом составе Солнца, астрономы полагают, что это звезда третьего поколения. Это означает, что материал, из которого состоят солнце и планеты, когда-то был частью двух совершенно разных солнечных систем, существовавших задолго до нашей. Смерть одной звезды обычно приводит к образованию другой, поэтому она определяется как цикл. Однако однажды этот цикл закончится. Хотя Вселенная содержит огромное количество водорода, это не бесконечное количество. В конце концов, звезды сплавят большую часть жидкого водорода во Вселенной в более тяжелые элементы, и процесс звездообразования будет медленно подходить к концу. Через много триллионов лет звездообразование полностью прекратится. Через много триллионов лет после этого последние звезды медленно погаснут, и Вселенная станет темной, как это было до появления первых звезд.
