Каждая звезда во Вселенной — это гигантский реактор какого-то элемента. Мечта древнего алхимика, своего рода философский камень. В начале своей жизни звезда создает энергию, превращая два атома водорода в солнечный, высвобождая огромное количество энергии.
Сверхновые звезды
ГиперНованте — это звезда, которая заканчивает эволюцию в процессе разрушительного взрыва.
Термин «сверхновые» был дан звездам, которые взорвались сильнее (по размеру), чем «новые звезды», названные СО. На самом деле, конечно, ни одна из них не является новой, и существующие звезды взрываются постоянно. Однако в некоторых исторических случаях звезды, ранее мало или вовсе не видимые на небе, инициировались, создавая феномен новых звезд. Тип сверхновой определяется по наличию водородной системы в валовом спектре. Если он присутствует, то сверхновые относятся к типу II. Если нет, то они относятся к типу I.
Содержание
Сверхновые II типа
Согласно современным представлениям, термоядерный синтез со временем приводит к обогащению состава внутренних областей звезды более тяжелыми элементами. В процессе слияния и образования тяжелых элементов звезда сжимается, а температура в центре повышается. (Что приводит к отрицательной теплоемкости материала, не генерирующего гравитацию). Если масса звездного ядра очень велика (1,2-1,5 солнечных масс), процесс синтеза достигает своего разумного конца с образованием железного ядра и Никелиу. Внутри кремниевой оболочки начинает формироваться железное ядро. Такое ядро растет за день и распадается менее чем за секунду, как только достигается предел Чандрасекхара. Для ядер этот предел составляет 1,2-1,5 солнечных масс. Материал находится внутри звезды, и выталкивание электронов из страны не может остановить падение. Центральное ядро все больше сжимается, и в какой-то момент из-за давления начинается нейтронная реакция — протоны начинают поглощать электроны и превращать их в нейтроны. Это вызывает быструю потерю энергии, которая переносится образующимися нейтронами (называемыми нейтронным охладителем). Материал продолжает ускоряться, опрокидываться и сжиматься до тех пор, пока обман между нуклонами ядра не скажется на эффектах (протонах и нейтронах). Строго говоря, сжатие происходит даже больше этого порога. Для упругости нуклона в 50% («максимальное сжатие») проблема выходит за пределы точки равновесия. Процесс коллапса центрального ядра происходит очень быстро, и вокруг него образуется волна разбавления. Затем корпус устремляется к центру астры в соответствии с ядром. Затем «сжатый резиновый мяч отскакивает назад», и ударные волны выходят из внешних слоев звезды со скоростью 30 000-50 000 км/сек. Внешняя часть звезды разлетается во все стороны, оставляя в центре области взрыва массивную нейтронную звезду или черную дыру. Это явление известно как взрыв сверхновой типа II. Эти извержения имеют разные силы и другие параметры, потому что взрывается звезда с другой массой и химическим составом. Существуют доказательства того, что при взрывах сверхновых II типа выделяется не больше энергии, чем при взрывах I типа, поскольку аналогичная часть энергии поглощается корпусом, но это не всегда так.
В описанном сценарии есть некоторые неясности. Астрономические наблюдения показывают, что при взрыве большой звезды образуется расширяющаяся туманность, в центре которой остается быстро вращающаяся нейтронная звезда, излучающая регулярные импульсы радиоволн. Однако, согласно теории, внешняя ударная волна должна расщепить атомы на нуклоны (протоны и нейтроны). На это должна расходоваться энергия, и ударная волна исчезает. Однако по какой-то причине этого не происходит. Ударная волна за несколько секунд достигает поверхности ядра, затем поверхности звезды, выбрасывая вещество. Для разных масс рассматриваются различные гипотезы, но они не кажутся убедительными. Возможно, что в состоянии «максимального сжатия» или во время взаимодействия ударной волны с еще падающей материей реализуются какие-то принципиально новые и неизвестные законы природы. Кроме того, взрыв сверхновой с образованием черной дыры вызывает следующие вопросы: почему материя после взрыва не полностью поглощается черной дырой — существует исходящая ударная волна, почему она не тормозится, и существует ли нечто подобное «максимальному сжатию»? 1
Наконец, впервые мы видим, что эта плотная звезда уже находится на грани смерти, прежде чем взорваться. Конечно, теперь многое станет ясно, — сказал астроном.
Признаки скорой смерти звезды
Каждая звезда во Вселенной — это гигантский реактор какого-то элемента. Мечта древнего алхимика, своего рода философский камень. В начале своей жизни звезда создает энергию, превращая два атома водорода в солнечный, высвобождая огромное количество энергии.
Звездный синтез.
Когда водород истощается, звезда начинает производить углерод, затем кислород и так далее до железа.
Производство железа указывает на то, что смерть находится очень близко к звезде. Нет ничего тяжелее железа, что могла бы произвести звезда. Железо поглощает всю термоядерную энергию звезды. Простое сжигание топлива неизбежно приближает его к закату. Таким образом, звезды, подобные Солнцу (звезды среднего размера), больше не могут удерживать свои внешние слои, и они начинают отделяться и удаляться от своих ядер, превращая Солнце во все более выпуклую красную гигантскую звезду.
Финальные стадии звёздной эволюции
Жизненный цикл звезд зависит от их массы. Более крупные звезды сжигают свое топливо более интенсивно и исчезают через десятки миллионов лет. Более мелкие звезды могут спокойно гореть в течение сотен миллиардов лет. Поэтому, в зависимости от массы звезды, происходит процесс ее гибели. На следующей диаграмме показаны примеры эволюции звезд разной массы.
Рассмотрите поближе загадочные процессы, которые происходят в конце жизненного цикла различных звезд.
Сверхмассивные звёзды
После того как звезда с солнечной массой более 5 переходит в фазу красного сверхгиганта, ее ядро начинает сжиматься под действием гравитации. По мере его сжатия температура и плотность увеличиваются, и начинается новая последовательность термоядерных реакций.
В результате более крупная и тяжелая звезда сгорает быстрее и взрывается в виде сверхновой.
При этом ослепительном взрыве сверхновой звезды выделяется в 100 раз больше энергии, чем выделяет Солнце за всю свою жизнь. После взрыва сверхновой звезды остается нейтронная звезда или черная дыра, а огромная энергия взрыва высвобождает вещество, которое становится материалом для новой звезды.
Например, Бетельгейзе, одной из наших ближайших звездных соседок, грозит аналогичная участь, но невозможно предсказать, когда она взорвется.
Процессы, участвующие в образовании сверхновых, все еще изучаются и пока не ясны. Также сомнительно, что именно осталось от первоначальной звезды.
Бетельгейзе вот-вот взорвется.
В настоящее время существует четыре возможных исхода для негабаритных звезд.
- Сверхновые низкой массы порождают нейтронную звезду и газ.
- Сверхновые более высокой массы порождают чёрную дыру и газ.
- Массивные звёзды в результате прямого коллапса порождают массивную чёрную дыру без всяких других остатков.
- После взрыва гиперновой остаётся один только газ.
Однако наиболее распространены две из них — нейтронные звезды и черные дыры.
Нейтронные звезды
Кроме того, гравитация продолжает сжимать то, что осталось, но на определенном этапе ядерные силы перестают сжиматься, и образуется нейтронная звезда — пульсар.
Нейтронные звезды — ужасающее природное явление. Ядро взорвавшейся звезды сжимается — почти как газ в двигателе внутреннего сгорания, только оно очень большое и эффективное. Сфера диаметром 100 000 километров превращается в сферу диаметром 10-20 километров. Сила сжатия настолько велика, что электроны попадают в ядро и образуют нейтроны. Отсюда и название. Его поверхность характеризуется сверхсильным магнитным полем и сверхсильной гравитацией.
Что останется вместо холодной нейтронной звезды, сказать трудно, а наблюдать невозможно. Мир слишком молод для этого.
Черные дыры
Звезды просто так не исчезают…
Смерть звезды дает строительные блоки для Вселенной. Все химические элементы, такие как золото, серебро, платина и железо, образуются внутри звезд, которые умирают и взрываются в космосе.
Первые звезды были огромными (в тысячи раз больше Солнца) и нестабильными. Они быстро рождались и быстро умирали, оставляя после себя космическую пыль, богатую различными химическими элементами. Они образовались из космических туманностей благодаря энергии Большого взрыва.
Сейчас, как и на более поздних этапах, звезды продолжают рождаться. Однако его запускает другой взрыв сверхновой. Этот взрыв вызывает взаимодействие частиц космической пыли, перемещая их и заставляя слипаться, притягивая частицы и увеличивая их размер.
Молодая звезда и ее окружение изначально представляют собой неуправляемую стихию, в которой хаотично вращаются многочисленные малые планеты. Некоторые из них сталкиваются друг с другом, другие растут и поглощают остатки первых.
Гермес, например, отделял свой эпителий от таких столкновений, оставляя только ядро.
После 500 миллионов лет количество планет уменьшается, а их размер увеличивается.
Солнце — одна из самых маленьких звезд. Уничтожение через 5-6 миллиардов лет происходит по первому сценарию. Сегодня 80% звезд во Вселенной не больше Солнца.
Наиболее заметной является совершенно иная роль сверхъестественного. Как уже упоминалось, сверхновые производят химические элементы, необходимые для возникновения жизни на основе углерода. Биосфера Земли не стала исключением. Солнечная система сформировалась в облаке газа, содержащем обломки предыдущих взрывов. Все мы обязаны своим появлением сверхъестественному.
Как умирают звёзды
Мы должны жить в молодой Вселенной, полной молодых звезд. Все они должны пройти через различные стадии звездной эволюции — сжигая водород в своих ядрах и медленно взрываясь или остывая. Когда Вселенная станет в тысячу раз старше, чем сегодня, на месте некогда сияющих звезд появятся загадочные черные карлики или черные дыры, а некоторые звезды рассеются в пустотах космоса.
Когда где-то во Вселенной накапливается достаточно материала, он сжимается в плотный объем, в котором могут начаться тепловые реакции. Именно так зажигаются звезды. Первая светила во тьме 13,7 миллиарда (13,7*109) молодой Вселенной, в то время как нашему Солнцу всего 4,5 миллиарда лет. Срок хранения звезды и процессы, которые происходят в конце, зависят от массы звезды.
До тех пор, пока звезда все еще находится в термоядерной реакции превращения водорода в Солнце, она находится в главной последовательности. Пребывание звезды в главной последовательности зависит от ее массы. Более крупные и тяжелые звезды быстро достигают стадии красного гиганта, а затем выходят из главной последовательности в результате взрыва сверхновой или образования белого карлика.
Судьба гигантов
Самые крупные и объемные звезды быстро сгорают и взрываются в виде сверхновых. Взрыв сверхновой оставляет после себя нейтронную звезду или черную дыру, окруженную материалом, раскаленным огромной энергией взрыва, который становится материалом для новой звезды. Например, Бетельгес — одна из наших ближайших звездных соседей, но невозможно рассчитать, когда она взорвется.
Туманность, образовавшаяся в результате выброса материала при взрыве сверхновой звезды. В центре туманности находится нейтронная звезда.
Нейтронные звезды — страшное природное явление. Ядро взрывной звезды сжато — оно настолько велико и эффективно, что газ напоминает машину внутреннего сгорания. Диаметр преобразуется в 10-20 километров. Сжимающие силы настолько велики, что электроны падают в ядро, образуя нейтроны.
Во время этого сжатия плотность материала увеличивается примерно на 15 классов величины, а температура повышается до безошибочного уровня 10 12 К в центре нейтронной звезды и 1 000 000 К на периферии. Часть этой энергии высвобождается в виде фотонов фотонов, часть которых передается от образовавшихся нейтрино к ядру нейтронной звезды. Однако даже при очень эффективном охлаждении нейтрино нейтронная звезда остывает очень медленно. Для полного изгнания энергии требуется 10-16 или 10-22 года. Что остается в положении Cold Net Lonestar, сказать трудно, а наблюдать невозможно. Поэтому люди очень молоды. Опять же, есть предположение, что на месте холодной звезды образуется черная дыра.
Черные дыры образуются в результате гравитационного коллапса очень больших сгустков — например, при взрыве сверхновой звезды. Предположительно в течение многих лет холодная нейтронная звезда превращается в черную дыру.
Участь звёзд средних масштабов
Каждая из других менее массивных звезд будет оставаться в главной последовательности дольше, чем самая крупная, но после выхода из главной последовательности будет стираться гораздо быстрее, чем соответствующие нейтроны. Не более 99% звезд во Вселенной взрываются и не становятся ни черными дырами, ни нейтронными звездами. Их ядра слишком малы для таких светских драм. Напротив, центральная звезда в конце своей жизни превращается в красного гиганта, который, в зависимости от своей массы, трансформируется в белого карлика, взрывается, полностью плавится или становится нейтронной звездой.
В настоящее время белые карлики составляют от 3% до 10% астрального населения Вселенной. Их температура очень высока, превышая 20 000 k, то есть более чем в три раза выше температуры поверхности Солнца — но поскольку они все же меньше нейтронных звезд, имеют более низкую температуру и большую поверхность, белые карлики остывают быстрее — от 10 14 до 10 15 лет. Это означает, что в ближайшие 10 триллионов лет, когда Вселенная будет в 1000 раз старше, чем сейчас, во Вселенной появится объект нового типа. Это продукт белых карликов.
Пока что во Вселенной нет черных карликов. Даже остывшие старые звезды, белые звезды d с температурой 20 000 k, потеряли до 0,2% своей энергии. Это означает охлаждение до 19960 км.
Существует подкатегория сверхновых звезд типа II, классифицируемых по их лучам. Лучи сверхновых типа II-L после взрыва неуклонно уменьшаются, в то время как лучи типа II-P остаются стабильными в течение некоторого времени перед уменьшением. Оба типа имеют водородную сигнатуру в своих спектрах.
Рождение черных дыр
На вопрос, может ли черная дыра появиться в результате взрыва, Сульдин ответил, что не только может, но и обычно так и происходит. Однако астроном добавил, что пока не так просто понять, в чем причина и каковы последствия.
Черные дыры часто образуются, когда сжимается ядро большой кусковой звезды, но это же явление приводит к огромному выбросу энергии, которая уничтожает внешнюю часть звезды, объясняемую оболочкой звезды.
‘Мы знаем, что когда объект сжимается, при сжатии ядро звезды также нагревается, выбрасывая оболочку, а само ядро сжимается в черную дыру. Так рождаются черные дыры» Понятно.
