Содержание
Ничего нет более простого, чем звезда. – Артур Стенли Эддингтон
Затрагивая в беседах с учениками тему происхождения звезд, философ Сократ сказал: «Все это навсегда останется тайной для смертного, и конечно, самим богам грустно видеть стремление человека разгадать то, что они навсегда скрыли от него». Эти же слова в середине XIX века повторил в своем трактате «Популярная астрономия» Огюст Конт, добавив: «Даже температура их навсегда останется не определена». Конт не дожил всего трех лет до открытия спектрального анализа, позволяющего определить температуру всего, что способно испускать или поглощать свет.
Игорь Томилин
Item 1 of 6
1 / 6
Черное вкрапление в красной туманности («Конская голова») – самая обычная деталь во всех подобных туманностях.
«Конская голова» выглядит темной из-за того, что представляет собой плотное облако пыли, расположенное перед яркой туманностью и поглощающее излученный этой туманностью свет. Подобно облакам на нашем небе, это космическое облако случайно приняло такую причудливую форму. В результате внутренних движений вид облака будет меняться, но это станет заметным только через тысячи лет
Сегодня мы знаем о звездах гораздо больше, чем Конт или Сократ. Но если сейчас даже школьник в общих чертах представляет, что такое звезда, то вопрос «откуда берутся звезды» покрыт мраком. Действительно, откуда? Эта статья как раз о том, как рождаются так называемые голубые гиганты — массивные звезды, которые видны на небосклоне невооруженным глазом.
Строительный материал
Молодые звезды, то есть звезды в возрасте от миллиона до нескольких сотен миллионов лет, в основном состоят из водорода. Водород — самый ходовой строительный материал Вселенной, молекулярный кирпичик, который кладется в фундамент самых разнообразных объектов звездного мира: от межгалактического газа до голубых гигантов. Значит, для того чтобы обеспечить рождение звезды, нужно запастись немалым количеством водорода. Но как же собрать в одном месте большую массу этого строительного материала? Откуда он возьмется на бескрайних просторах Вселенной?
Первый этап — межзвездный газ
Пространство между звездами вовсе не абсолютный вакуум, оно заполнено атомами кальция, натрия, кислорода, углерода, довольно сложными молекулами, образующими пылинки, — но большей частью все-таки водородом и гелием. Это так называемый межзвездный газ, который заполняет всю нашу Галактику. Наибольшая концентрация газа — около ее плоскости, в очень тонком слое толщиной в 70 световых лет (а диаметр Галактики около 60 тысяч световых лет). Итак, основа для звезды нашлась. В дальнейшем мы будем говорить именно о нашей Галактике как о самой близкой и лучше всего изученной области Вселенной.
Второй этап — тепловая неустойчивость
Каков же механизм превращения газа в звезду? Если бы здесь был сэр Максвелл, он сказал бы, что однородный газ будет находиться в состоянии неустойчивого теплового равновесия, а значит, в нем неизбежно будут появляться как плотные области (сгущения), так и более разреженные. Хотя область и называется плотной, это название весьма условно, поскольку газ в ней не так уж и плотен: буквально несколько десятков атомов в одном кубическом сантиметре. Сгущения в газе называются газовыми облаками, и мы наблюдаем их как туманности. Газовые облака двигаются, причем средняя их скорость составляет 8 км/с, а самые шустрые разгоняются до 80 км/с. И это не опечатка! Огромная масса газа диаметром в несколько парсек (1пк = 3,26 св. лет или 30 тысяч миллиардов километров) несется по гораздо более разреженной среде со скоростью, превышающей скорость наших космических кораблей. А так как в Галактике очень много таких облаков, то в один прекрасный момент (в галактических масштабах этот момент длится несколько тысяч лет) одно газовое облако сталкивается с другим. Возникшая от этого столкновения ударная волна заставляет газ в столкнувшихся облаках сильно уплотниться, давая начало следующему этапу рождения звезды.
Третий этап — магнитное поле
Газовые облака огромны, но тем не менее их массы недостаточно для рождения звезды. Вещества в них столько же, сколько в нашем Солнце, а нужно — в несколько десятков, сотен раз больше. Что же заставляет межзвездные облака собираться вместе? Оказывается, эту задачу выполняют магнитные галактические поля. Магнитное поле нашей Галактики было открыто в конце сороковых годов прошлого века. Причина возникновения этого поля до сих пор точно не известна. Как и положено всякому уважающему себя полю, оно имеет силовые линии, то есть линии напряженности. Газовые облака могут обычно двигаться только вдоль этих линий. Чтобы понять, как же кучкуются межзвездные облака, представим себе магнитное поле в виде слабо натянутой простыни. Вот мы пускаем по этой простыне маленький мячик от пинг-понга (это наше газопылевое облако): под мячиком простыня оказывается прогнутой сильнее, появляется ямка — прогибаются силовые линии. В ямку начинают скатываться другие мячи (облака), делая ее все глубже и глубже. Такое явление называется неустойчивостью Рэлея-Джинса. То есть достаточно какой-либо первоначальной неоднородности в магнитном поле, например, влетевшего в эту неоднородность облака — и готово: высоко над (или под) плоскостью галактики висит мешок с собранным газом — газово-пылевой комплекс.
Четвертый этап — гравитация
Итак, водорода (и даже не только его) теперь в избытке. Далее в действие вступают механизмы, описанные теорией звездообразования. Основы ее заложил сэр Исаак Ньютон, а дальнейшее развитие теория получила трудами японского астрофизика Хаяши. Если у нас есть однородный газ, то в нем неизбежно начинают образовываться сгущения: места, в которых газа больше, чем в других. Но это уже не тепловая неустойчивость, как в случае с межзвездным газом, а гравитационная. Под действием гравитации к этим первоначальным сгусткам устремляются все новые и новые порции газа. Каждый сгусток — это будущая звезда. Сильно увеличившийся сгусток принимает форму шара, самую устойчивую геометрическую форму. Газовые слои перемешиваются и уплотняются, в центре шара начинает расти давление. Шар постепенно нагревается, постоянно увеличивая свою массу, получая и получая новый строительный материал. На этом этапе протозвезда еще невидима, ее заслоняют собравшиеся вокруг и сильно уплотнившиеся облака. Кстати, разглядеть такие объекты стало возможным только с появлением телескопов, работающих в инфракрасных диапазонах. Но помимо сил гравитации теперь начинают проявляться и другие силы — силы давления газа, которые стремятся растащить шар в разные стороны. Эта вечная борьба сил центробежных с силами центростремительными сопровождает звезду в течение всего времени ее существования. Если в конце концов победят первые, звезда взорвется, и мы увидим вспышку Сверхновой. Если вторые (силы гравитации) — звезда схлопнется сама в себя: появится такой загадочный объект, как черная дыра.
Пятый этап — начало термоядерной реакции
Почему звезда светится? Дело в том, что звезда — это, по сути, термоядерный реактор, в котором освобождается энергия, идущая на излучение звезды и удерживающая ее от превращения в черную дыру, от гравитационного коллапса.
Но для начала термоядерной реакции нужна очень высокая температура — 10 миллионов градусов. И только после того как протозвезда перейдет на термоядерное топливо, она сможет называться молодой звездой. Из каких же источников взять энергию для такого колоссального разогрева? Ведь речь идет о гигантской массе газа, в несколько десятков раз больше массы нашего Солнца!
В самом начале жизни протозвезды вся масса ее вещества вовлечена в движение от центра к поверхности и наоборот, а ее температура не превышает еще четырех тысяч градусов. После нескольких сотен тысяч лет сжатия (иногда меньше) конвекционные потоки слабеют, не заполняют уже всю внутренность протозвезды, а протекают более близко к поверхности. Благодаря этому температура центральной области начинает расти быстрее и примерно через миллион лет после начала сжатия достигает уровня, достаточного для легких термоядерных реакций (превращения ядер лития в бериллий), а затем и для основного протон-протонного цикла. И это уже самая настоящая молодая звезда. (Кстати, время рождения звезды зависит от ее первоначальной массы — массивные протозвезды проходят этапы быстрее. )
Детский сад
В пылевом облаке, конечно, рождается не одна единственная звездочка. Облако огромное, и первоначальных сгущений в нем обычно появляется сразу несколько десятков. Поэтому на небе возникает прекрасный объект из десятков близко расположенных звезд, светящих ярким и молодым голубым светом. Самый замечательный пример такого звездного скопления — Плеяды, небольшой островок, «детский сад звезд» в созвездии Тельца. В крупные телескопы и сейчас вокруг этих звезд видны остатки неиспользованной пыли. Пример газопылевого комплекса, в котором звезды находятся на завершающей стадии рождения, это туманность Ориона в одноименном созвездии. Кстати, самые яркие звезды созвездия Ориона произошли из одного пылевого облака, но из-за вращения нашей Галактики начали разбегаться и теперь удалены друг от друга на несколько световых лет. В туманности Змееносца звезды только появляются на свет. Они скрыты от нас огромными пылевыми облаками, коконами, в центре которых и происходит сжатие протозвезды в звезду. Конечно, в процессах рождения звезд остается еще очень много вопросов, ответы на которые должны дать следующие поколения исследователей. Надеюсь, эти ответы будут получены раньше, чем погаснут сверкающие сейчас на ночном небе звезды.
Голубые карлики — самые нетрадиционные звёзды | Клуб просветителей
Голубые звёзды очень красивые. К примеру, самая яркая звезда северного полушария — Сириус — двойная звезда из голубого гиганта и белого карлика. Однако все известные голубые звёзды — гиганты, и карликов пока не обнаружили. Странно, да?
Чтобы понять причину отсутствия голубых карликов на нашем небосводе, нам нужно вспомнить азы космологии. Все звёзды делятся по светимости на голубые, красные и жёлтые (белых карликов и прочие нестандартные типы мы не рассматриваем), а по размерам на карликов и гигантов.
Солнце
Самым типичным примером карликовой звезды является наше Солнышко — звезда типа жёлтый карлик. Карлики имеют небольшую массу по сравнению с гигантами и светимость до 1 млн. солнечной. Гиганты, например жёлтый гигант Капелла, отличаются от звёзд главной последовательности крупными размерами — до 100 солнечных радиусов — и большей светимостью. На данный момент известны три вида гигантов — красные, жёлтые и голубые, а карликов — только два.
Голубой карлик
Главная причина, по которой мы не видим голубых карликов на небосводе, заключается в их происхождении. Согласно расчётам астрофизиков, голубым карликом станет эволюционировавший красный карлик с массой 0,08—0,2 солнечных, однако срок жизни таких красных карликов невероятно огромен. Например, красный карлик с массой 0,1 солнечной может гореть до 10 триллионов лет, став голубым карликов в районе 5,7 триллионов лет. Это в десятки раз больше возраста Вселенной, так что мы вряд ли увидим хотя бы один голубой карлик.
Однако голубые карлики примечательны не только сроком, но и типом рождения. В недрах звёзд происходят термоядерные реакции с участием водорода и гелия, которые в процессе эволюции приводят к увеличению выделяемой энергии. Вследствие этого увеличивается светимость, после чего есть два варианта развития событий. Обычно вместе со светимостью увеличивается и фотосфера — нижний слой звёздной атмосферы, который отвечает за формирование света. Изменения размера связаны с изменением химического состава звезды, в котором преобладают не водород и гелий, а тяжёлые элементы. После увеличения размера фотосферы появляются массивные звёзды — красные гиганты.
Бетельгейзе — типичный красный гигант
Однако красные карлики, ввиду своей малой массы, идут по другому, новаторскому пути. Большую часть своей жизни они химически однородны. Связано это в первую очередь с более слабыми реакциями, чем у больших собратьев. Поэтому вместо увеличения размера фотосферы они просто нагреют её, повысив температуру. Красный карлик породит, таким образом, голубого карлика, чья температура будет равна 3450 Кельвинов. После этого звезда будет нагреваться до 5810 Кельвинов, а её вещество станет вырожденным — очень необычной разновидностью вещества, на свойства которого будут влиять эффекты квантовой механики. По сути, это очень необычная разновидность плазмы.
Эволюция красного карлика с массой 0,1 солнечной
Достигнув пика, голубой карлик будет затухать, постепенно становясь белым карликом. В итоге он станет ещё одной малозаметной звёздочкой, которая, тем не менее, могла создать обитаемую систему: размеры голубого карлика позволили бы сохранить все планеты более-менее целыми, при этом благодаря светимости голубого карлика обитаемая зона могла бы расшириться.
Автор статьи:Austroraptor
космоснаукаастрономияастрофизиказвёзды
Поделиться в социальных сетях
Вам может понравиться
самых ярких голубых звезд-гигантов | Наблюдение за звездами ночного неба
Список самых ярких голубых гигантов, сверхгигантов, гипергигантов и других звезд голубого цвета, которые можно обнаружить на ночном небе с помощью глаза, бинокля или небольшого телескопа.
| ЗВЕЗДА | ТИП | ВЕЛИЧИНА | СОЗВЕЗДИЕ |
| τ Большого Пса | синий сверхгигант | 4,4 | Большой Пёс |
| УВ КМа | синий сверхгигант | 4,8-5,3 | Большой Пёс |
| δ Чирчини | синяя звезда | 5. 1 | Цирк |
| мк Колумба | синяя звезда | 5,2 | Колумба |
| БП Круцис | синий гипергигант | 10,8 | Суть |
| Лебедь OB2-12 | синий гипергигант | 11,4 | Лебедь |
| Лебедь Х-1 | синий сверхгигант | 8,9 | Лебедь |
| V1768 Лебедя | синий гипергигант | 5,6 | Лебедь |
| 10 ящериц | синяя звезда | 4,9 | Лацерта |
| Звездочка Пласкетта | голубой гигант | 6. 1 | Моноцерус |
| ζ Змееносец | синяя звезда | 2,6 | Змееносец |
| Орионис | голубой гигант | 2,8 | Орион |
| σ Ориона | синяя звезда | 3,8 | Орион |
| θ1 Орионис С | синяя звезда | 5.1 | Орион |
| Альнитак | синий сверхгигант | 1,8 | Орион |
| Беллатриса | голубой гигант | 1,6 | Орион |
| Мейсса | голубой гигант | 3,3 | Орион |
| Минтака | голубой гигант | 2,2 | Орион |
| Ригель | синий сверхгигант | 0,05-0,18 | Орион |
| ξ Персея | голубой гигант | 4 | Персей |
| Наос | синий сверхгигант | 2,3 | Щенки |
| HT Стрелец | синий гипергигант | 6,9 | Стрела |
| V4030 Стрелец | синий гипергигант | 8,4 | Стрелец |
| ζ Скорпион | синий гипергигант | 4,7 | Скорпиус |
| V430 Щит | синий гипергигант | 8,3-10,6 | Скутум |
| Альциона | голубой гигант | 2,9 | Телец |
Blue Giant Star: факты и информация
Категории Астрономия
Ной Зелвис
Время прочтения: 5 мин. Ученые сгруппировали звезды по размеру и цвету, чтобы классифицировать примерно 200 миллиардов звезд только в нашей галактике. В сегодняшней статье рассматриваются голубые гиганты и то, что делает их уникальными.
Что такое звезда?
Простейшая звезда — это гигантский шар из водорода и гелия, удерживаемый вместе собственной гравитацией. Эти небесные объекты находятся в постоянном процессе преобразования водорода в гелий посредством ядерного синтеза. Это приводит к безостановочному излучению тепла и света в космос.
Цвет звезды определяет температуру
Таблица классифицирует звезды на основе их светимости и температуры. (Изображение предоставлено Объединенной федерацией планет на Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0)
Известные звезды в нашей Вселенной относятся к одному из семи различных типов, основанных исключительно на цвете и температуре. Когда мы думаем о тепле, мы часто думаем о красном или оранжевом, но когда дело доходит до звезд, это самые холодные цвета.
Наоборот, голубые звезды самые горячие в спектре. Там, где температура поверхности такой звезды, как наше Солнце, составляет около 5700 Кельвинов, голубые звезды находятся в диапазоне от 28 000 до 50 000 Кельвинов.
Гигант Относится к физическому размеру
В течение длительного периода времени, когда звезды превращают водород в гелий, они известны как звезды главной последовательности. Как только звезда потребляет весь свой водород, ядро перегревается и выталкивает свои поверхностные слои далеко в космос. Теперь звезда стала гигантом.
Неудивительно, что гигантская звезда значительно больше по размеру, чем когда она была на главной последовательности. Расталкиваясь наружу, звезды-гиганты могут стать в 5-10 раз больше, чем когда-то. Самые большие голубые гиганты часто называют звездами-сверхгигантами.
Удивительно, но голубые гиганты не раздуваются почти так же сильно, как их красные собратья. Красный гигант нередко раздувается в 100 раз по сравнению с предыдущим размером, а некоторые достигают в 1000 раз своего прежнего диаметра!
Чтобы остаться в живых, гигантские звезды начинают превращать гелий в другие элементы для поддержания тепла и света. Большинство звезд-гигантов значительно остывают и становятся красными, но голубые звезды удерживают достаточно тепла, чтобы сохранить свой цвет.
Гигант также может означать массу
Размер объекта не обязательно соответствует его массе или весу. Черные дыры — одни из самых маленьких вещей, известных человечеству, но они настолько массивны, что даже свет не может убежать.
Хотя голубые гиганты и не такие большие, как их коллеги-красные гиганты, они все же довольно массивны. Масса самых маленьких голубых звезд как минимум в три раза больше массы Солнца, тогда как самая большая зарегистрированная звезда в 300 раз массивнее нашей звезды.
Эти звезды очень яркие
Помимо того, что они очень горячие, голубые звезды-гиганты еще и очень яркие. С Земли это незаметно для нас, но голубые гиганты составляют самые яркие звезды во Вселенной. Нынешнему рекордсмену R136a1 около 9 лет.в миллионы раз ярче нашего Солнца. Эта одиночная звезда за несколько секунд вырабатывает больше энергии, чем наше Солнце за год! Сравнение
R136a1 и Sun. (Изображение предоставлено Typhoon2021 на Викискладе CC BY-SA 3.0)
Они довольно редки
Голубые звезды составляют крошечный процент звезд, которые мы видим в нашей галактике Млечный Путь. Чтобы достичь такого уровня, требуется много энергии, и большинство звезд просто не добираются до него. Мы только начинаем заглядывать за пределы нашей галактики, но эта модель, вероятно, сохранится и в других.
Они не живут очень долго
Если звезда стала голубым гигантом, она уже достигла как минимум среднего возраста своей жизни. Поскольку эти звезды так быстро сжигают водород, чтобы добраться туда, не требуется много времени (со звездной точки зрения).
Нашему Солнцу примерно 4,5 миллиарда лет, это примерно половина его жизни. Красные звезды сжигают топливо так медленно, что могут прослужить триллионы лет. Это в 100 раз больше, чем у нашего Солнца.
Голубая звезда живет в среднем от 15 до 20 миллионов лет. Они становятся гигантскими через восемь миллионов лет после того, как уже сожгли весь имеющийся у них водород. Голубые звезды вымирают в 1000 раз быстрее, чем даже желтая звезда вроде нашего Солнца, не говоря уже о красной звезде!
У них нет планет
Насколько нам известно, планеты формируются сами по себе за несколько миллиардов лет. Когда голубой звезде осталось жить в лучшем случае 20 миллионов лет, просто не хватило времени для возникновения планеты.
Эти огненно-голубые солнца также генерируют мощные солнечные ветры, что значительно затрудняет формирование планет. Если где-то и есть голубая звезда с планетой, нам еще предстоит ее найти.
Конец жизни
В конце жизни голубого гиганта все меняется очень быстро. Поскольку эти звезды настолько массивны, они разрушаются сами по себе всего за несколько коротких мгновений. Этот коллапс приводит к огромному взрыву, называемому сверхновой, который выбрасывает звездные обломки в космос.
Эти события происходят нечасто, и, по оценкам, лишь несколько из них происходят в нашей галактике каждое столетие. Конечным результатом взрыва сверхновой часто является космическое облако, называемое туманностью, которое потенциально может быть местом рождения новых звезд. Крупнейшие сверхновые могут превратиться в черные дыры.
Известные голубые гиганты в галактике Млечный Путь
Нам известно не так много голубых гигантов, но в нашей галактике есть несколько примечательных упоминаний.
- RIGEL в созвездий Orion
- Алнилам в созвездии Orion
- Зосма в созвездии LEO
- NAOS в PUPPIS
- ALCYONE IN The Constellation Tair Taurus 9036. белая сверхгигантская звезда в 860 световых годах от нас в созвездии Ориона. (Изображение предоставлено Пабло Карлосом Будасси через Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0)
Заключительные мысли
Голубые гигантские звезды — настоящая редкость в нашей галактике и, вероятно, в остальной части Вселенной.
