Фізична природа зірок: цікаві факти

Навчання 02 липня 2022 Перегляди: 76

Космос — зірки і планети, галактики і туманності — величезний загадковий світ, зрозуміти який з давніх часів хочуть люди. Спочатку астрологія, а потім і астрономія намагалися пізнати закони життя, що протікає на його просторах. Сьогодні можна сміливо говорити, що нам відомо багато чого, але значна частина процесів і явищ має лише можливе пояснення. Фізична природа зірок — одне з широко обговорюваних питань в астрономії. Сьогодні в цілому картина ясна, проте залишаються і прогалини в наших знаннях про небесні світили.

Незліченна кількість

Будь-яка зірка являє собою газову кулю, що постійно випускає світло. Сили гравітації і внутрішнього тиску запобігають його руйнуванню. Фізична природа зірок така, що в її надрах постійно протікають термоядерні реакції. Вони припиняються лише на певних стадіях розвитку світила, про що буде сказано нижче.

За гарних погодних умов і відсутності штучного освітлення на небі можна розгледіти до 3000 тисяч зірок у кожній півкулі. Однак це лише мала частина тієї кількості, що наповнює космос. Найближча до нас зірка — це Сонце. Вивчаючи його поведінку, вчені дуже багато чого дізнаються про світили взагалі. Найбільш близька зірка поза Сонячною системою — Проксіма Центавра. Її відокремлює від нас приблизно 4,2 світлових роки.

Параметри

Наука про зірок знає сьогодні достатньо, щоб розуміти, як впливають на їх еволюцію основні характеристики. Найбільш важливими параметрами для будь-якого світила є маса і склад. Вони визначають тривалість існування, особливості проходження різних етапів і всі інші характеристики, наприклад, спектр, розмір, блиск. Однак через велику відстань, що відокремлює нас від усіх зірок, крім Сонця, не завжди є можливість отримати точні дані про них.

Маса

У сучасних умовах більш-менш точні дані про масу зірок можна отримати тільки в тому випадку, якщо вони є компаньйонами подвійної системи. Однак і такі обчислення дають досить високу похибку — від 20 до 60%. Для інших зірок маса обчислюється побічно. Її виводять з різних відомих співвідношень (наприклад, маса — світність).

Фізична природа зірок зі зміною цього параметра залишається колишньою, але багато процесів починають течу в дещо іншій площині. Маса безпосередньо впливає на теплову і механічну рівновагу всього космічного тіла. Чим вона більша, тим значніший газовий тиск і температура в центрі зірки, а також кількість вироблюваної термоядерної енергії. Для підтримки теплової рівноваги світило повинно випромінювати стільки ж, скільки утворилося в його надрах. Для цього відбувається зміна діаметру зірки. Подібні зміни тривають, поки не встановляться обидва типи рівноваги.

Хімічний склад

Основа зірки — це водень і гелій. Крім них, до складу в різному співвідношенні входять і більш важкі елементи. «Повний набір» свідчить про вік і покоління світила, вказує на деякі інші його властивості.

Відсотковий вміст більш важких елементів вкрай мало, проте саме вони впливають на швидкість протікання термоядерного синтезу. Його уповільнення і прискорення відбивається на яскравості, кольорі і тривалості життя світила. Знання хімічного складу зірки дозволяє без зусиль визначити час її утворення.

Народження зірки

Процес формування світив ще недостатньо вивчений. Повному розумінню картини заважають величезні відстані і неможливість безпосереднього спостереження. Однак сьогодні існує загальноприйнята концепція, що описує народження зірки. Коротко зупинимося на ній.

Мабуть, світила утворюються з міжзоряного газу, що стискається під дією власної гравітації. При цьому енергія тяжіння перетворюється в тепло — зростає температура сформованої глобули. Завершується цей процес, коли ядро розігрівається до декількох мільйонів Кельвінів і запускається утворення більш важких, ніж водень, елементів (нуклеосинтез). Така зірка залишається досить тривалий час, розташовуючись на Головній послідовності діаграми Герцшпрунга-Рассела.

Червоний гігант

Наступний етап еволюції починається після вичерпання ядром всього палива. Весь водень у центрі зірки перетворюється на гелій і його горіння триває у зовнішніх оболонках світила. Космічне тіло починає змінюватися. Збільшується його світність, зовнішні шари розширюються, а внутрішні, навпаки, стискаються, тимчасово знижується яскравість, падає температура поверхні. Зірка сходить з Головною послідовністю і стає червоним гігантом. У такому стані світило проводить набагато менший час свого життя, ніж на попередній стадії.

Незворотні зміни

Незабаром (за космічними мірками) ядро знову починає стискатися, не витримуючи власної ваги. Зростаюча температура при цьому стимулює початок синтезу з гелію більш важких елементів. На такому паливі зірка також може проіснувати досить довго. Подальші події залежать від початкових параметрів світила. Масивні зірки проходять ще кілька стадій, коли як паливо починає виступати спочатку вуглець (утворився з гелію), а потім кремній (утворився з вуглецю). В результаті переробки останнього утворюється залізо. До цього моменту настає завершальна стадія життя зірки, коли вона може перетворитися на нейтронну. Однак більшість світил після вигоряння всього водню в червоному гіганті перетворюються на білих карликів.

Не такі вже й нові

Потрібно зауважити, що не всяка яскрава зірка, яка раптово загорілася на небі, є «новонародженою». Зазвичай, це так звана змінна — світило, чий блиск з часом змінюється. Об’єкти, позначені в астрономії як «нова зірка», також не належать до тіл, що тільки з’явилися. Вони належать до катаклізмічних змінних, які досить різко змінюють свій блиск. Однак наднові їх у цьому значно випереджають: амплітуда зміни у них може становити до 9 величин. Втім, обидва ці типи світил — тема для окремих статей.

Фізична природа зірок багато в чому сьогодні зрозуміла, хоча немає гарантії, що нові дані не спростують усталені теорії. Прийняті гіпотези та ідеї домінують в науці лише до того моменту, поки можуть пояснити спостережувані феномени. Кожна нова зірка, виявлена на просторах Всесвіту, виявляє невирішені завдання астрономії. Існуюче розуміння космічних процесів далеко не повне, в ньому є досить великі прогалини, що стосуються, наприклад, процесу формування чорних дір, наднових і так далі. Однак, незалежно від стану теорії, небесні світила продовжують радувати нас ночами. По суті, яскрава зірка не перестане бути прекрасною, якщо ми повністю пізнаємо її природу. Або ж, навпаки, припинимо всяке вивчення.