Звезда – тело, излучающее свет и вырабатывающее энергию за счет внутренних ядерных реакций.
Звезды образуются из очень горячей плазмы (газа, в котором электроны и атомные ядра в основном разделены), которая защищена от распада собственной гравитацией. Энергия звезды вырабатывается ядерными реакциями в ее центре, которые сначала превращают водород в гелий через цепь протон-протонного синтеза (а в случае более массивных звезд — через цикл углерод-азот-кислород), а затем объединяют более тяжелые элементы. Звезды уравновешиваются давлением, создаваемым за счет энергии, выделяющейся при слиянии в их центре, что предотвращает коллапс звезды под воздействием персональной гравитации. Таким образом, большинство звезд с такой же или меньшей массой, чем наше Солнце, оставались стабильными в течение нескольких миллиардов или даже десятков миллиардов лет. Давайте рассмотрим самые интересные научные факты о звездах, которые обязательно нужно знать образованному человеку. Ведь звезды — это не только непонятная нейтронная материя.
Звезды образуются из массивных облаков пыли и газа
Гравитационный коллапс огромных холодных молекулярных облаков порождает звезды. Когда облако схлопывается, оно делится на ядра, центральные области которых становятся более плотными и теплыми. Выше критических значений температуры и давления начинается ядерный синтез и рождается звезда. Эта молодая звезда изначально окружена протопланетным диском из пыли и газа. За миллионы лет этот диск раскололся на планеты и более мелкие тела.
Ближайшая звезда – Солнце
С экваториальным диаметром около 1,4 миллиона километров Солнце настолько велико, что может вместить около 1,3 миллиона Земель. Хотя наша звезда огромна по сравнению с нашей планетой, во Вселенной есть гораздо более крупные звезды.
Самая крупная из известных на сегодняшний день звезд — это огромная VY Большого Пса, диаметр которой примерно в 1800 раз больше диаметра Солнца. Чтобы поместить его в центр Солнечной системы, поверхность VY Большого Пса должна выходить за пределы орбиты Юпитера. Есть также звезды, намного меньшие, чем Солнце. Ближайшая к нашему Солнцу звезда, Проксима Центавра, представляет собой красный карлик диаметром около 200 000 километров, что всего в 20 раз больше диаметра Земли.
Цвет звезды расскажет о температуре ее поверхности
Звезды имеют температуру поверхности от нескольких тысяч градусов Цельсия до пятидесяти тысяч градусов Цельсия. Горячие звезды рассеивают большую часть своей энергии в синей и ультрафиолетовой областях электромагнитного спектра (на коротких волнах) и поэтому кажутся человеческому глазу голубоватыми.
Более холодные звезды кажутся красноватыми, потому что они рассеивают большую часть своей энергии в красной и инфракрасной областях электромагнитного спектра (на более длинных волнах). Примерно по этой логике работает спектроскопия.
Пространство между звездами может быть пустым или содержать газовые облака, из которых образуются новые звезды
Пространство между звездами содержит мельчайшие следы вещества в виде газа, пыли и элементарных частиц («космическое излучение»). Содержимое этого вещества называется межзвездной средой. В разных частях галактики он может быть более плотным или более редким. Однако даже самые плотные участки межзвездной среды в тысячу раз реже, чем самый лучший вакуум, созданный в лаборатории.
Звезда проходит жизненный цикл, определяемый ее изначальной массой
Компьютерное моделирование показывает, что продолжительность жизни первых звезд составляла несколько миллионов лет. Напротив, средняя продолжительность жизни звезды, подобной Солнцу, составляет примерно 10 миллиардов лет. Маломассивные красные карлики могут жить миллиарды лет. Звезда с массой, подобной массе нашего Солнца, в конечном итоге превратится в красную гигантскую звезду, а затем высвободит большую часть своей массы в космос, оставив после себя компактный белый карлик, окруженный тем, что мы называем планетарной туманностью.
Звезда с массой не менее восьми солнечных превратится в красный сверхгигант, а затем взорвется как сверхновая, оставив после себя нейтронную звезду или звездную черную дыру.
Массивные звезды заканчивают жизненный цикл аналогично черным дырам
Черная дыра — это область в космосе, чрезвычайно сильное гравитационное поле которой не позволяет чему-либо, даже свету, покинуть ее после пересечения горизонта.
Горизонт — это область, окружающая черную дыру, где скорость, необходимая для выхода из ее гравитационного поля, превышает скорость света. Теоретические модели предсказывают наличие сингулярности в центре черной дыры, в которой плотность материи и кривизна пространства-времени приближаются к бесконечности.
Черные дыры имеют массу порядка нескольких десятков солнечных масс в диапазоне диаметров от нескольких километров до нескольких десятков километров (в зависимости от массы).
Новые звезды и их планетные системы образуются из вещества, оставшегося от предыдущих звезд
За исключением водорода, большей части гелия и небольшого количества лития, все элементы современной Вселенной образовались в звездах. Звезды с малой массой, такие как Солнце, производят элементы весом до кислорода в результате ядерного синтеза, в то время как массивные звезды могут создавать элементы тяжелее кислорода вплоть до элементов с массой железа.
Элементы тяжелее железа, такие как золото и уран, образуются в результате взрывов сверхновых с высокой энергией и столкновений звезд. Умирая, звезды выделяют большую часть своей массы в межзвездную среду. Из этой материи образуются новые звезды, в космическом варианте процесса рециркуляции.
Человеческое тело состоит из атомов, соединяющиеся с предыдущими звездами
Элементы, отличные от водорода и гелия, образовывались в основном внутри звезд и выбрасывались в космос на последних этапах жизни этих звезд. Это источник большинства элементов, составляющих наши тела, таких как кальций в костях, железо в нашей крови и азот в нашей ДНК. В результате элементы, из которых состоят животные, растения и, по сути, большинство вещей произведены звездами много миллиардов лет назад.
Поделиться:
