Сколько живут звезды: «У Солнца была бурная юность» — все самое интересное на ПостНауке

Сколько живут звёзды?

#сколькоживутзвезды #космос #наука #астрономия #научно-популярное

Продолжительности жизни звёзд мы можем, пожалуй, лишь позавидовать, ведь это долгие миллионы и миллиарды лет! Она зависит от их размера, спектрального класса и других характеристик, а сам жизненный путь любого светила – невероятно сложный и долгий процесс, одно из глобальных явлений космического масштаба. Полностью проследить за всеми стадиями мы не можем, так как человеческая жизнь – это лишь мгновение по сравнению с долголетием звёзд.

Звёзды рождаются, точно птенцы в гнёздах, правда, «гнёздами» являются гигантские звёздные колыбели – это огромные облака газа и пыли, внутри которых и появляются первые молекулы, поэтому их ещё называют менее поэтичным названием – молекулярные облака. Тем не менее, название «колыбель звёзд» замечательно передаёт суть всего процесса. Где-то внутри облака благодаря гравитации образуется центр тяжести, куда и стекается всё вещество облака, и, «поддаваясь соблазну гравитации», вещество начинает друг к другу притягиваться. С течением времени образуется уравновешенное сферическое ядро, которое продолжает нагреваться – так образуется зародыш – протозвезда.

Протозвезда в представлении художника

Из-за увеличивающейся плотности вещества газопылевой диск начинает быстрее вращаться вокруг молодого звёздного «сердца», в результате чего частицы сталкиваются на большей скорости, и температура продолжает расти. Когда температура доходит до отметки в 1 000 000 С, в самом центре протозвезды начинается первая в её жизни термоядерная реакция, которую можно сравнить с первым ударом сердца. Два ядра атомов водорода сливаются, образуя ядро гелия. Эта реакция начинает идти по цепочке и охватывает постепенно всю звезду. Пока реакция добирается из самих недр до поверхности, увеличивается светимость протозвезды, и как только она достигает «финиша», если «зародыш» набрал достаточно массы для долгого поддержания термоядерных реакций, звезда становится полноценным молодым светилом. Кстати, прямое наблюдение «звёздного эмбриона» невозможно из-за окутывающих его газопылевых облаков, поэтому процесс формирования новой звезды носит удивительный сакральный характер.

Гигантские молекулярные облака

Будущее звезды зависит от того, сколько массы она успела набрать в процессе рождения. Так, если вещества не хватает для поддержания термоядерных реакций, то во Вселенной остаётся объект, являющийся предметом споров для учёных – это коричневый карлик, «полукровка»: не планета и не звезда. Эти карлики разогреваются максимум до 2 300 С, но из-за неспособности поддерживать термоядерные реакции в своих недрах они обречены на долгое остывание и угасание. Через несколько сотен миллионов лет они остынут, перестанут испускать слабый свой свет и станут одинокими и неприкаянными холодными странниками на просторах Вселенной. Одни астрономы считают, что коричневые карлики – это звёзды, а другие считают их планетами – гигантами и называют их горячими Юпитерами. Как звезда, такой объект будет жить, пока не перестанет излучать свет и слабое тепло, оставшееся в нём ещё с момента зарождения. Как планета – странник, коричневый карлик будет жить вечно, пока, например, не попадётся «на обед» чёрной дыре.

Коричневый карлик в представлении художника

Остальные же молодые звёзды начинают жить своей полноценной жизнью, следуя мысли «сгорая сам, свети другим», — это самый продолжительный момент их жизни, составляющий 90 % от всего их существования. Жизнь звезды – это постепенное выгорание водорода в её недрах, иными словами – «прожигание жизни». Со временем звезда будет становиться горячее и ярче из-за роста интенсивности термоядерных реакций, а когда всё её ядерное топливо закончится, звезда начнёт погибать, и дальнейший сценарий зависит от массы – чем больше звезда, тем быстрее она погибнет и тем сильнее будет её «предсмертная агония». Почему большие звёзды живут меньше маленьких? Ответ прост: чем большую площадь нужно прогреть, тем больше понадобится топлива. Они слишком быстро тратят свои запасы и гибнут в разы быстрее карликов. И теперь пойдём по порядку.

Во Вселенной нет ещё ни одного красного карлика, который бы закончил своё существование со времён Большого взрыва. Красные карлики – это маленькие звёзды после коричневых карликов. Этим объектам хватило массы для запуска термоядерных реакций, но из-за своих размеров эти звёзды не торопятся излучать свет, иногда их в шутку называют «жадными»: порой эти звёзды излучают света в десятки тысяч раз меньше Солнца, из-за чего их невозможно увидеть невооружённым глазом. Слабые они, или нет – это решать вам, ведь красные карлики являются истинными долгожителями во Вселенной! Как часто мы слышим советы о том, что не нужно нервничать, растрачивать попусту свою энергию, и красные карлики в этом деле – образцы для подражания! Согласно подсчётам учёных, они будут жить ещё десятки триллионов лет и умрут, медленно и спокойно погрузившись в сон – просто постепенно погаснут без «предсмертной агонии» и станут почти невидимыми. Максимальная температура красных карликов – 3 500 С.

Красный карлик в представлении художника

Есть в космосе и другие долгожители – оранжевые карлики. Они больше красных карликов и горячее их: максимальная температура подобных объектов – около 5 000 С, и ни один оранжевый карлик за всю историю существования Вселенной тоже ещё не погиб и даже не сошёл с основного цикла своего жизненного пути – с главной последовательности. Они поактивнее красных карликов: так, их масса может достигать 0,8 массы солнечной, а светимость – от 0,1 до 0,6 солнечной. Как видно, оранжевые карлики тоже не торопятся делиться светом и теплом, но, поскольку они «поживее», то и продолжительность их жизни уже меньше – от 15 до 30 миллиардов лет. В конце жизни, когда они израсходуют запасы своего ядерного топлива, у них начнётся «предсмертная агония»: произойдёт запуск гелиевых термоядерных реакций, затем углеродных, и каждый раз это будет приводить к значительным трансформациям звезды. Звезда будет расширяться в сотни раз, краснеть, а потом снова начнёт сжиматься, и вместе с этим светимость тоже начнёт «скакать».

В конце этого процесса «отмучившаяся» звезда сбросит внешние оболочки, образовав красивую планетарную туманность, а в её центре остается лишь сердце погибшей звезды – её обнаженное ядро в виде белого карлика с массой приблизительно в половину солнечной и радиусом, примерно равным радиусу Земли. Миллиарды лет этот белый карлик будет постепенно остывать, а потом почернеет, как уголь. Оранжевые карлики представляют большой интерес для науки, ведь это относительно стабильные и спокойные звёзды, рядом с которыми может зародиться жизнь.

Будущее Земли, когда Солнце станет красным гигантом. Картина Боба Эгглтона

Та же судьба ждёт и жёлтых карликов по типу нашего Солнца. Соответственно, они ещё горячее и больше в размерах, и жизнь их будет ещё короче – около 10 миллиардов лет. Температура таких звёзд – около 6 000 С. От них недалеко ушли и жёлто-белые карлики, которые в 1,5 – 2 раза больше Солнца, и их температура колеблется от 6 000 С до 7 500 С. Их продолжительность жизни составляет примерно 7-8 миллиардов лет, а старость и финал им уготован такой же, как оранжевым и жёлтым карликам. Но каков же, кстати, размер красного гиганта? Ведь Солнце ждёт та же участь! Солнце прожило примерно 4,5 – 5 млрд лет и проживёт ещё столько же, а на стадии красного гиганта оно увеличится настолько, что поглотит собой Меркурий, Венеру и, возможно, Землю.

Фотография Солнца Обсерватории солнечной динамики SDO, NASA

А вот звёздам-гигантам уже не позавидуешь! Эти сияющие бело-голубые создания имеют радиусы от 10 до 100 солнечных радиусов. Впечатляет, правда? Но жить им, увы, суждено по меркам Вселенной очень мало. Так, у голубых редких сверхгигантов температура может варьироваться от 20 000 С до 50 000 С, а светимость превышать солнечную в 250 000 раз!

Сверхгигант Ригель

Но живут они всего 10 миллионов лет. Они взрываются сверхновыми, а после их гибели остаются величественная туманность из выброшенного вещества и их ядра – у самых массивных звёзд оно коллапсирует и становится чёрной дырой, а у менее массивных – нейтронной звездой. Нейтронная звезда — очень быстро вращающееся тело, оставшееся после взрыва сверхновой звезды. При диаметре 20 километров это тело имеет массу сравнимую с солнечной, один грамм нейтронной звезды весил бы в земных условиях более 500 миллионов тонн! Трудно сказать, сколько проживёт это «чудо», ну а чёрные дыры будут питаться всем, что попадется у них на пути, и разрастаться дальше! Удивительно, но как будто они мстят за свою короткую жизнь, и поневоле подумаешь: звезда, уставшая светить другим, становится чёрной дырой…

https://futurita. ru/kosmos/kosmos_2287.html

Источник: https://futurita.ru/kosmos/kosmos_2287.html

Данный материал является частной записью члена сообщества Club.CNews.
Редакция CNews не несет ответственности за его содержание.

Сколько живут звёзды? — KnowHow

Космос, Наука, Познавательное, Самые-самые

Оставить комментарий

Звёзды рождаются в облаках межзвёздного газа, который стремительно сжимается из-за возникшей гравитационной неустойчивости, и гибнут в результате интенсивного горения вещества и экстремального давления гравитации. То, какой временной отрезок разделяет эти этапы эволюции звёзд, зависит от множества факторов, и одним из наиболее значимых факторов является размер небесного тела. В нашей статье мы расскажем вам, сколько же живут звёзды.

Эволюция звезды, подобной Солнцу / ESO/S. Steinhöfel

Большую часть своей жизни звезда находится в состоянии, именуемом гидростатическим равновесием. Это значит, что сила тяготения, направленная внутрь звезды, компенсируется силой внутреннего давления, которое генерируется в ходе термоядерной реакции в её ядре. В частности, это давление является побочной реакцией превращения ядер водорода в ядра гелия, сопровождающегося выделением огромного количества энергии. В молодых звёздах на водород приходится около 72-75% массы, а на гелий – примерно 24-25%, однако постепенно водород «сгорает», и доля гелия увеличивается. Фаза синтеза гелия из водорода занимает большую часть жизни звезды, во время которой она считается звездой главной последовательности.

Солнце — звезда главной последовательности / NASA

Когда водород неотвратимо заканчивается, в небесном теле начинается горение гелия – данная стадия эволюции звёзд называется голубой петлёй. В соответствии с условиями формирования и размером звезды, термоядерный синтез может продолжиться и после выгорания гелия, пока не исчерпаются все химические элементы легче железа. Элементы тяжелее железа синтезироваться не могут, поскольку в железном ядре не идут термоядерные реакции, а его масса продолжает увеличиваться. В результате происходит коллапс ядра под воздействием собственной силы тяготения. В зависимости от массы, на любом из этапов эволюции после стадии главной последовательности звёзды могут сбросить оболочку или взорваться как сверхновая, став белым карликом или нейтронной звездой/чёрной дырой.

Условное обозначение слоёв — очерёдности термоядерного синтеза внутри звёзд / R. J. Hall

Масса известных науке звёзд колеблется от всего 7% солнечной массы до 250 солнечных масс (Westerhout 49-2). По словам физика Райана Френча из Университетского колледжа Лондона, крупные звёзды содержат в себе больше «топлива» для термоядерного синтеза. Впрочем, из-за их размера сила гравитации сильнее вдавливает материю в ядро, потому процесс образования тяжёлых элементов протекает в нём более интенсивно. Как следствие, большие небесные тела исчерпывают свой запас вещества гораздо быстрее, чем маленькие. По космическим меркам, самые крупные из них живут совсем немного – какие-то сотни миллионов лет. Они живут ярко и быстро, погибая молодыми. Тем временем маленькие звёзды массой в 7-10% массы Солнца обладают меньшим запасом топлива, но прожигают его настолько медленно, что его хватит на сотни миллиардов лет. Поскольку возраст Вселенной составляет около 13,8 миллиарда лет, ни одной из таких звёзд ещё не довелось дожить до преклонного возраста.

Мафусаил (HD 140283) / NASA / ESA

Одной из самых старых звёзд, известных учёным, является Мафусаил (HD 140283). Этот субгигант находится в 190 световых годах от Земли. Он получил своё имя в честь библейского персонажа, который прожил 969 лет. По оценкам исследователей, возраст Мафусаила может достигать 13,7 миллиарда лет. Таким образом, он сформировался из молодых облаков межзвёздного газа вскоре после Большого взрыва. Учёные отмечают, что за всё это время звезда практически исчерпала свой запас водорода. Ввиду почтенного возраста Мафусаил содержит чрезвычайно мало элементов тяжелее гелия: он родился, когда в межзвёздном пространстве ещё отсутствовали тяжёлые элементы, вырабатываемые в звёздах в процессе термоядерного синтеза. В то же время во Вселенной существуют своего рода звёзды-зародыши – так называемые протозвёзды, которые находятся на этапе формирования: их недра ещё недостаточно массивны и горячи для начала синтеза гелия из водорода. Возраст этих объектов составляет менее 500 тысяч лет, то есть на момент их образования человечество уже научилось использовать каменные инструменты.

Изображение протозвезды LRLL 54361 в созвездии Персей / NASA / ESAСтолпы Творения: скопления межзвёздного газа и пыли в туманности Орёл. Газ и пыль в них вовлечены в процесс формирования новых звёзд с одновременным разрушением облаков под светом уже образовавшихся звёзд / NASA / ESA

Определить возраст звезды – непростая задача. Для этого нужно проанализировать комбинацию её характеристик, включая массу, яркость свечения, скорость движения в пространстве, и сравнить эти данные с информацией о других звёздах. Возраст Солнца учёные оценивают в 4,6 миллиарда лет. По мнению исследователей, наша звезда находится примерно в середине стадии главной последовательности. Предположительно, через 5 миллиардов лет в ядре Солнца закончится синтез гелия из водорода. По мере выгорания водорода звезда выйдет из гидростатического равновесия: её ядро начнёт сжиматься и нагреваться, а внешняя оболочка напротив расширяться, поглощая близлежащие планеты.

Эволюция Солнца / icw82

Учёные считают, что к возрасту 12,2 миллиарда лет Солнце покинет стадию главной последовательности и станет красным гигантом. Когда температура его ядра станет достаточно горячей для горения гелия, произойдёт так называемая гелиевая вспышка, которая заново запустит термоядерную реакцию с образованием углерода и кислорода. Поскольку масса Солнца недостаточно велика для превращения в сверхновую, оно раз за разом будет превращаться в красный гигант, пока не иссякнут все источники энергии, и термические колебания не приведут к полному отделению внешней оболочки. В конце концов она образует планетарную туманность, а на месте звезды останется только её ядро – так называемый белый карлик, очень горячий объект размером с Землю со светимостью в 3500 солнечных.

Поделиться в соцсетях

starsзвёздытермоядерный синтезэволюция

Найти:

Сколько живут звезды?

Космический телескоп Хаббл сделал это инфракрасное изображение Столпов Творения в туманности Орел. Можно увидеть свет от формирующихся молодых звезд, пронизывающий облака пыли и газа.
(Изображение предоставлено НАСА, ЕКА и командой наследия Хаббла (STScI/AURA))

Звезды рождаются среди бурных облаков, и их смерть может быть такой же взрывной. Но сколько на самом деле живут звезды? Короткий ответ: это зависит от размера звезды.

Большую часть своей жизни звезда находится в тонко уравновешенном состоянии, называемом гидростатическим равновесием, в котором гравитация , притягивающая звезду, уравновешивается внешним толчком, создаваемым ядерными реакциями в ядре звезды. Этот толчок наружу происходит, когда звезда сливает ядра водорода с образованием ядер гелия, что приводит к всплеску энергии, который поддерживает форму и яркость звезды. Как только весь водород израсходован, звезда вступает на необратимый путь к своей гибели. Звезда какое-то время будет сжигать гелий, а самые большие звезды продолжат сжигать химических элементов до железа, но это мимолетная отсрочка казни. Звезды бывают разных размеров, всего 7% из массы Солнца вплоть до 250 масс Солнца. Так кто из них умирает быстрее?

«Большие звезды имеют больше топлива для сжигания», — сказал Live Science Райан Френч, физик-солнечник из Университетского колледжа Лондона, Великобритания. «Но они также горят намного сильнее и ярче», — сказал Френч. Их огромный размер означает, что гравитация вдавливает вещество в их ядра более интенсивно, чем в меньших звездах, поэтому их ядерные реакции протекают с повышенной скоростью0016

«Большие звезды на самом деле истощают доступное им топливо намного быстрее, чем маленькие звезды», — сказал Френч. Самые массивные звезды живут космически короткие сотни миллионов лет. Они живут быстро и умирают молодыми. Самые маленькие звезды, масса которых составляет менее 10% солнечной массы, изначально имеют гораздо меньше топлива; даже в этом случае они могут зарабатывать себе на жизнь запасами топлива в течение сотен миллиардов лет.

Самая старая звезда во Вселенной — HD140283, или Мафусаил, как его обычно называют. На этом оцифрованном изображении обзора неба показана звезда Мафусаил, расположенная на 190,1 светового года от нас. (Изображение предоставлено: Digitized Sky Survey (DSS), STScI/AURA, Palomar/Caltech и UKSTU/AAO)

(открывается в новой вкладке)

достаточно времени, чтобы маленькая звезда достигла старости.

«Одной из старейших когда-либо обнаруженных звезд является звезда Мафусаила », — сказал Френч. Звезда, которая находится в 190 световых годах от Земли, названа в честь библейского персонажа, который предположительно прожил почти тысячелетие. «Текущая оценка возраста этой звезды составляет 13,7 миллиарда лет», — сказал Френч. Это означает, что она должна была образоваться вскоре после Большого взрыва.

Астрономы, напротив, обнаружили некоторые звезды, называемые протозвездами, которые все еще находятся в процессе формирования. По данным Общества Макса Планка, возраст этих звезд, наблюдаемых с помощью Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки Атакама (ALMA) в Чили, составляет менее 500 000 лет . «Люди использовали каменные орудия к тому времени, когда эти звезды впервые вспыхнули», — сказал Френч.

Так как же астрономы вычисляют возраст звезды? «Это не просто», — сказал Френч. «Астрономы используют комбинацию измерений массы, яркости и скорости звезды в космосе для сравнения с другими звездами и компьютерного моделирования для оценки ее возраста».

СВЯЗАННЫЕ ИСТОРИИ

Возраст нашего Солнца составляет около 4,6 миллиарда лет — что-то среднее между протозвездами и звездой Мафусаила. Астрономы считают, что он уже почти на полпути своей жизни. «Примерно через 5 миллиардов лет Солнце перестанет превращать водород в гелий в своем ядре», — сказал Френч.

Как только в солнечном ядре закончится топливо для противодействия гравитации, оно начнет сжиматься. Тем временем внешняя оболочка Солнца будет расширяться, так как у нее все еще есть водород для синтеза. «Солнце станет настолько большим, что поглотит орбиты Меркурия и Венеры», — сказал Френч. Примерно через 1 миллиард лет внешнее ядро ​​израсходует свой водород и перейдет к синтезу гелия. В конце концов у Солнца закончится топливо, а его ядро ​​сожмется в шар из углерода и кислорода, называемый белым карликом; его внешние слои рассеются и превратятся в туманность — оболочку горячей остаточной плазмы.

Это напоминание о том, что хотя самые большие звезды живут намного дольше людей, ничто не вечно.

Первоначально опубликовано на Live Science 30 ноября 2012 г. и переписано   06 июня 2022 г. .

Колин Стюарт — отмеченный наградами автор астрономии, лектор и преподаватель из Великобритании. Его научно-популярные книги были проданы тиражом более 400 000 экземпляров по всему миру и переведены на 21 язык, а также он написал более 200 научно-популярные статьи для таких изданий, как The Guardian, Wall Street Journal и Европейское космическое агентство. Астероид (15347) Колинстюарт назван в его честь, и он ведет онлайн-курс «Астрофизика для начинающих» (открывается в новой вкладке) и курс научного письма (открывается в новой вкладке).

Как долго живут звезды?

[/caption]
Масса звезды определяет продолжительность ее жизни. Наименее массивные звезды будут жить дольше всех, в то время как самые массивные звезды во Вселенной израсходуют свое топливо за несколько миллионов лет и закончатся впечатляющим взрывом сверхновой. Итак, как долго живут звезды?

Есть факторы, которые определяют, как долго проживет звезда; как быстро они сжигают водородное топливо в своих ядрах, и есть ли у них какой-либо способ удерживать топливо в своих ядрах в перемешанном состоянии. Наше собственное Солнце состоит из трех отдельных слоев: ядра, где происходит ядерный синтез, и радиационной зоны, где фотоны излучаются, а затем поглощаются атомами звезды. Последняя зона — конвективная зона. В этой области горячий газ с края радиационной зоны выносится вверх к поверхности звезды в виде столбов горячей плазмы.

Звезда с самыми большими звездами. Масса самых больших из возможных звезд, вероятно, в 150 раз превышает массу Солнца; например, монстр Эта Киля находится примерно в 8000 световых лет отсюда. Эта Киля, вероятно, образовалась менее 3 миллионов лет назад. Он так быстро потребляет топливо в своем ядре, что выделяет в 4 миллиона раз больше энергии, чем Солнце. Астрономы считают, что Эте Киля осталось жить менее 100 000 лет. Фактически, она может взорваться как сверхновая в любой день…

Чем меньше звезды становятся, тем дольше они живут. Наше собственное Солнце существует уже 4,5 миллиарда лет, медленно превращая водород в гелий в своем ядре. У Солнца закончится водородное топливо еще через 5 миллиардов лет или около того, и оно превратится в красного гиганта. Он расширится во много раз по сравнению с первоначальным размером, а затем выбросит свои внешние слои и сожмется до крошечного белого карлика, плотного объекта размером с Землю. Таким образом, общая продолжительность жизни звезды с массой Солнца составляет около 10 миллиардов лет.

Самые маленькие звезды — красные карлики, они начинаются с 50% массы Солнца и могут достигать 7,5% массы Солнца. Красный карлик с массой всего 10% от массы Солнца будет излучать 1/10 000 количества энергии, излучаемой Солнцем.