Как умирают звезды.Жизненный цикл звезды

Мы живем в относительно молодой вселенной, в которой полно еще более юных галактик. Каждая из них состоит из тысяч звезд и звездных скоплений. Всем им предстоит пройти несколько этапов эволюции - от холодного облака межзвездного газа до нейтронной звезды или черной дыры. Чтобы лучше разобраться в том, как рождаются и умирают звезды, необходимо рассмотреть весь путь поэтапно.

Общая характеристика всех звезд

Звезда представляет собой облако газа. Сферическую форму она приобретает из-за давления (гравитации), которое сжимает это облако до минимального размера. Минимального, по отношению к плотности газа. Но по сравнению с планетами, хотя бы, Землей, объем звезды зачастую просто колоссальный. Звезда обладает и собственным гравитационным полем, которое также корректирует ее размеры.

Внутри самого облака постоянно происходит реакция термоядерного синтеза, которая влияет на состав, размер, и температуру звезды.

Термоядерная реакция - это процесс совмещения, сжимания мелких ядер в более крупные, в результате давления и термической реакции. Другими словами, сжатие материи.

В большинстве случаев, температура звезды предельно высока. Это миллионы градусов внутри ее поверхности, и десятки-сотни тысяч даже на ее поверхности. Звезда приобретают такую температуру как раз благодаря постоянному процессу ядерной реакции.

Состав газов внутри облака может различаться, однако, в большинстве случаев всегда присутствуют такие элементы как водород и гелий. Количественный фактор этих элементов напрямую определяет тип звезды. Насколько ярко она светит, каким обладает оттенком, насколько велик ее срок существования. Газы могут, как ускорять проходящую внутри облака реакцию термоядерного синтеза, так и замедлять ее.

Более подробно вопрос химического состава будущей звезды рассмотрен в этой статье: https://reactor.space/news/starevolution/ .

Зарождение

Космическое пространство значительно разреженно. Молекулярный состав имеет очень низкую плотность. Буквально, одна молекула на один кубический сантиметр. Но молекулярные облака, или как их еще называют - звездные колыбели, имеют огромную плотность (миллион молекул на кубический сантиметр). Кроме того, масса колыбели в 10 миллионов раз больше массы Солнца. Причиной этого - невероятный, по нашим меркам, размер в 50-300 световых лет. Звезда формируется благодаря процессу, в котором молекулярные облака еще сильнее увеличивают свою плотность. Он может быть вызван несколькими факторами: столкновение двух молекулярных облаков, взрыв сверхновой неподалеку, столкновение близлежащих галактик. После чего облако коллапсирует в шар плазмы, который превращается в саму звезду.

Новая звезда

В процессе формирования газовое облако может и не стать звездой. Оно может превратиться в объект, более близкий к понятию планеты, нежели к звезде. Этот момент определяется массой облака. Принято отталкиваться от размеров Солнца. То есть, если будущий прецедент на роль звезды меньше Солнца более чем в десять раз, то реакция термоядерного синтеза, которая как мы помним, и формирует состав и размер звезды - со временем прекращается. Количество легких ядер просто не хватает для нормального объединения их в крупные. В науки, такое явление называют - коричневым карликом. Для того, чтобы облако газа превратилось в нормальную звезду, оно должно обладать массой как минимум в половину Солнца. Или даже превышать ее до трехсоткратного размера. Подобные габариты позволяют будущей звезде нормально развиваться.

Дальнейший путь звезды

Стоит понимать, что чем меньше размер будущей звезды, тем быстрее она приходит к стабильному состоянию. Формирование происходит за довольно протяженный период для так называемых `карликов`. Сроком до миллиона лет. После этого они уже не меняют своих физических свойств или химического состава. Тогда, как гиганты могут эволюционировать десятки миллионов лет. И прийти к сбалансированному составу, который уже не будет меняться длительный срок гораздо позже. К этому моменту, они значительно уменьшаются в размерах, опять же переходя в разряд карликов.

Финальный этап

Рано или поздно, ресурсы для термоядерного синтеза заканчиваются. И реакция, которая поддерживает `жизнь` звезды, ее развитие и эволюцию постепенно начинает затухать. В результате, звезда теряет внутреннюю гравитацию, соответственно, она не может нормально выдерживать давление внешней гравитации. И некоторые элементы с поверхности могут попасть во внутреннюю часть, недра звезды. Если это происходит, возникает процесс, который именуется - коллапс. Весьма часто он знаменуется колоссальной вспышкой, которая называется - сверхновая. В этот момент, звезда увеличивает интенсивность испускаемых лучей в десять раз. Соответственно, на некоторый промежуток времени, она становится значительно более ярким светилом.

Есть несколько сценариев того, как умирают звезды:

• Тихое угасание. Это лишь теория, которая повествует о том, что самые легкие звезды со временем превращаются в сферы планетарного типа. Недоказуемость это теории состоит в том, что в видимом спектре ученые пока не обнаружили этого явления;
  

• Отделение внешней оболочки. Гравитация сжимает остывшую звезду, отделяя от нее внешнюю оболочку, которую называют туманностью. Сама звезда превращается в белого (остывшего) карлика. Применимо для не слишком крупных звезд, не превышающих десятикратную массу Солнца;
  

• Коллапс ядра. Если внутри звезды сформировано ядро, обычно из железа, то попадание внешней материи под гравитационным давлением приведет к особому виду коллапса;
  

• Черная дыра. Если масса звезды достигает сверхогромных размеров, то на финальной стадии жизни такого космического объекта происходит не просто коллапс, а превращение его в черную дыру, которая обладает колоссальным гравитационным полем и втягивает любую материю в себя.
  

Жизненный цикл звезды очень длителен и разнообразен. Ученые до конца не уверены в существовании таких космических объектов, как квазары, черные дыры, черные карлики, и многие другие. Поэтому большую часть информации человечество получает благодаря наблюдению за гамма-всплесками и моделированию ситуаций на суперкомпьютерах с производительностью в сотни гигафлопсов.