Эволюция звезд

 

Содержание 

Введение……………………………………………………………………………………………..3

1. Сущность  звездной эволюции……………………………………….. ……………………...….4

2. Процесс  звездообразования……………….……………………………………………………..5

3. Звезда  как динамическая саморегулирующаяся  система…………………………...................7

4. Роль  межзвездной среды в звездной  эволюции………………………………………………...8

5. Последние  фазы эволюции звезд………………………………………………………………..9

Заключение…………………………………………………………………………………………11

Список  использованной литературы……………………………………………………………..13 
 

 

       Введение 

      Звезды - это огромные раскаленные солнца, но столь удаленные от нас по сравнению  с планетами Солнечной системы, что, хотя, они сияют в миллионы раз ярче, их свет кажется нам  относительно тусклым.

      В ночном небе невооруженным глазом можно  видеть около 6000 звезд. С уменьшением блеска звезд число их растет, и даже простой их счет становится затруднительным. «Поштучно» сосчитаны и занесены в астрономические каталоги все звезды ярче 11-й звездной величины. Их около миллиона. А всего нашему наблюдению доступно около двух миллиардов звезд.

      Общее количество звезд во Вселенной оценивается в 1022 .

      Различны  размеры звезд, их строение, химический состав, масса, температура, светимость и др. Самые большие звезды (сверхгиганты) превосходят размер солнца в сотни  и тысячи раз. Звезды-карлики имеют размеры Земли и меньше (около 10 км). Предельная максимальная масса звезд равна примерно 60 солнечным массам, а минимальная примерно 0,03 солнечной массы.

      Весьма  различны и расстояния до звезд. Свет звезд некоторых далеких звездных систем идет до нас сотни миллионов световых лет. Самая близкая к нам звезда - Проксима Центавра - маленькая звезда, ее масса в 7 раз меньше, чем масса нашего солнца, а поверхностная температура (3000°) в два раза меньше, чем температура на поверхности Солнца. Поэтому она светит на небе очень тускло и не видна невооруженным глазом, хотя и является самой близкой к нам звездой. Она отстоит от Земли на расстоянии всего 4,2 световых лет.

      Звезды  в космическом пространстве распределены неравномерно. Они образуют звездные системы: кратные звезды (двойные, тройные и т.д.); звездные скопления (от нескольких десятков звезд до миллионов); галактики - грандиозные звездные системы, в которых содержатся миллиарды и сотни миллиардов звезд. Обычно в галактиках звездная плотность также весьма неравномерна. Выше всего она в области галактического ядра.

      Большинство звезд находятся в стационарном состоянии, т.е. не наблюдается изменений  их физических характеристик. Это отвечает состоянию равновесия. Однако существуют и такие звезды, свойства которых меняются видимым образом. Их называют переменными звездами и нестационарными звездами.

      Переменность  и нестационарность - проявления неустойчивости состояния равновесия звезды. Переменные звезды изменяют свое состояние (блеск, излучение в различных диапазонах электромагнитных волн, магнитное поле и др.) регулярным и нерегулярным образом. В некоторых случаях нестационарность может быть вызвана взаимодействием с другими звездами, перетеканием вещества от одной близкой соседки к другой. Следует отметить также и новые звезды, в которых непрерывно или время от времени происходят вспышки. При вспышках (взрывах) сверхновых звезд вещество звезд в некоторых случаях может быть полностью рассеяно в пространстве.

      Основные  эмпирические знания о свойствах звезд получены из анализа их спектров, которые несут информацию о состоянии внешних слоев звезд. Они позволяют определить химический состав, температуру поверхности, магнитные поля, скорость движения и вращения, расстояние до звезды. Эти данные соотносятся с теоретическими моделями, расчетами.

      Цель  работы: рассмотреть эволюцию звезд. 

 

       1. Сущность звездной эволюции 

      Звезды - грандиозные плазменные системы, в  которых физические характеристики, внутреннее строение и химический состав изменяются со временем.

      Время звездной эволюции, разумеется, очень  велико, и мы не можем непосредственно  проследить эволюцию той или иной конкретной звезды. Это компенсируется тем, что каждая из множества звезд  на небе проходит некоторый этап эволюции. Суммируя наблюдения, можно восстановить общую направленность звездной эволюции.

      Современная теория строения и эволюции звезд  объясняет общий ход развития звезд в хорошем согласии с  данными наблюдения.

      Основные  фазы в эволюции звезды - ее рождение (звездообразование); длительный период (обычно стабильного) существования звезды как целостной системы, находящейся в гидродинамическом и тепловом равновесии; и, наконец, период ее «смерти», т.е. необратимое нарушение равновесия, которое ведет к разрушению звезды или к ее катастрофическому сжатию.

      Ход эволюции звезды зависит от ее массы  и исходного химического состава, который, в свою очередь, зависит  от времени образования звезды и  ее положения в Галактике в  момент образования. Чем больше масса  звезды, тем быстрее идет ее эволюция и тем короче ее «жизнь». Для звезд с массой, превышающей солнечную массу в 15 раз, время стабильного существования оказывается всего около 10 млн. лет. Это крайне незначительное время по космическим меркам, ведь время, отведенное для нашего Солнца, на 3 порядка выше - около 10 млрд лет.

      Как по отношению к истории человечества, так и по отношению к истории  звезд можно говорить об их поколениях. Каждое поколение звезд имеет  особые закономерности формирования и  эволюции. Например, звезды первого  поколения образовались из вещества, состав которого сложился в начальный период существования Вселенной - почти 75% водорода и 25% гелия с ничтожной примесью дейтерия и лития.

      В ходе, по-видимому, достаточно быстрой  эволюции массивных звезд первого  поколения образовались более тяжелые химические элементы (в основном вплоть до железа), которые впоследствии были выброшены в межзвездное пространство в результате истечения вещества из звезд или их взрывов. Звезды последующих поколений уже формировались из вещества, содержащего 3-4% тяжелых элементов.

      Поэтому, говоря о звездной эволюции, надо различать, по крайней мере, три значения этого понятия: эволюция отдельной звезды, эволюция отдельных типов (поколений) звезд и эволюция звездной материи как таковой.

      Внутренняя  жизнь звезды регулируется воздействием двух сил: силы притяжения, которая противодействует звезде, удерживает ее, и силы, освобождающейся при происходящих в ядре ядерных реакциях Она, наоборот, стремится «вытолкнуть» звезду в дальнее пространство. Во время стадии формирования плотная и сжатая звезда находится под сильным воздействием гравитации.

      В результате происходит сильное нагревание, температура достигает 10-20 миллионов  градусов. Этого достаточно для начала ядерных реакций, в результате которых водород превращается в гелий.

      Затем в течение длительного периода  две силы уравновешивают друг друга, звезда находится в стабильном состоянии. Когда ядерное горючее ядра понемногу  иссякает, звезда вступает в фазу нестабильности, две силы противоборствуют.

      Для звезды наступает критический момент, в действие вступают самые разные факторы - температура, плотность, химический состав. На первое место выступает масса звезды, именно от нее зависит будущее этого небесного тела - или звезда вспыхнет, как сверхновая, или превратится в белого карлика, нейтронную звезду или в черную дыру.

      В звездах сосредоточена основная масса (98-99%) видимого вещества в известной  нам части Вселенной. Звезды - мощные источники энергии. В частности, жизнь на Земле обязана своим  существованием энергии излучения Солнца.

      Вещество  звезд представляет собой плазму, т.е. находится в ином состоянии, чем вещество в привычных для  нас земных условиях.

      Плазма - это четвертое (наряду с твердым, жидким, газообразным) состояние вещества, представляющее собой ионизированный газ, в котором положительные (ионы) и отрицательные заряды (электроны) в среднем нейтрализуют друг друга.

      В земных условиях плазма встречается  очень редко - в электрических  разрядах в газах, молнии, в процессах  горения и взрыва и др. Около Земли плазма существует в виде солнечного ветра, радиационных поясов, ионосферы и др.

      Зато  во Вселенной в состоянии плазмы находится подавляющая часть  вещества. Кроме звезд, это - межзвездная  среда, галактические туманности и  др. Итак, строго говоря, звезда - это не просто газовый шар, а плазменный шар.

      Звезда - динамическая, направленным образом  изменяющаяся плазменная система. В  ходе жизни звезды ее химический состав и распределение химических элементов  значительно изменяются.

      На  поздних стадиях развития звездное вещество переходит в состояние вырожденного газа (в котором квантово-механическое влияние частиц друг на друга существенным образом сказывается на его физических свойствах - давлении, теплоемкости и др.), а иногда и нейтронного вещества (пульсары - нейтронные звезды, барстеры - источники рентгеновского излучения и др.)

      Высокая светимость звезд, поддерживаемая в  течение длительного времени, свидетельствует  о выделении в них огромных количеств энергии. Современная  физика указывает на два возможных источника энергии - гравитационное сжатие, приводящее к выделению гравитационной энергии, и термоядерные реакции, в результате которых из ядер легких элементов синтезируются ядра более тяжелых элементов, и выделяется большое количество энергии.

      Как показывают расчеты, энергии гравитационного сжатия было бы достаточно для поддержания светимости Солнца в течение всего лишь 30 млн лет. Но из геологических и других данных следует, что светимость Солнца оставалась примерно постоянной в течение миллиардов лет.

      Гравитационное  сжатие может служить источником энергии лишь для очень молодых  звезд. С другой стороны, термоядерные реакции протекают с достаточной  скоростью лишь при температурах, в тысячи раз превышающих температуру  поверхности звезд.

      Так, для Солнца температура, при которой термоядерные реакции могут выделять необходимое количество энергии, составляет, по различным расчетам, от 12 до 15 млн. К. Такая колоссальная температура достигается в результате гравитационного сжатия, которое и «зажигает» термоядерную реакцию. Таким образом, в настоящее время наше Солнце является медленно горящей водородной бомбой. 

      2. Процесс звездообразования 

      Звездообразование - это процесс рождения звезд из межзвездного газа, газопылевых образований, облаков. Процесс звездообразования продолжается непрерывно, он происходит и в настоящее время.

      Для каждого поколения звезд характерны конкретные условия звездообразования. Кроме того, первые поколения звезд образовывались в основном в области галактического центра, во всем его объеме.

      В дальнейшем, в связи с тем, что  межзвездный газ все больше концентрировался в плоскости Галактики, звездообразование  происходило и происходит сейчас в этой галактической плоскости.

      Звезды  образуются не в одиночку, а группами, скоплениями, что является результатом гравитационной конденсации, сжатия (коллапса) громадных объемов межзвездного газа, газопылевых облаков.

      Этот  процесс хорошо описывается теорией. Кроме того, имеются многочисленные наблюдательные данные рождения звезд. Их число особенно увеличилось с возникновением радио- и инфракрасной астрономии, для диапазонов которых газ и пыль прозрачны.

      Звездообразование начинается со сжатия и последующей  фрагментации (под действием гравитационных сил) протяженных холодных облаков  молекулярного межзвездного газа. Масса газа должна быть такой, чтобы действие сил гравитации преобладало над действием сил газового давления. П