Понятие звезды. Параметры звезд. Строение звезд

         По предсказаниям теоретиков, судьба более массивных звезд может оказаться весьма драматичной. Так, в звездах, превосходящих по массе Солнце в десять раз, превращение водорода в гелий происходит очень быстро, затем наступает следующий этап — гелий превращается в углерод, а атомы углерода образуют более тяжелые элементы. Реакции идут непрерывно, но постепенно сходят на нет, когда образуется железо. На этой стадии ядро звезды состоит из ионов железа.

         Устойчивость  звезды определяется равновесием между  силами гравитации и давления нагретого  газа, которое обеспечивается электронами. Но ядра железа могут захватывать  электроны из окружающего газа, давление уменьшается, и сила тяжести берет верх. Постепенно все вещество в центре звезды оказывается состоящим из нейтронов. При достижении критического значения наступает коллапс — необратимое, практически мгновенное сжатие. При этом выделяется огромное количество энергии, внешняя оболочка звезды взрывается, разлетаясь в пространстве и обнажая центральное ядро — нейтронную звезду. Происходит взрыв сверхновой. (Результатом такого взрыва, наблюдавшегося на Земле в 1054 году, стала так называемая Крабовидная туманность.)

         В наше время существование нейтронных звезд и их связь со вспышками  сверхновых не вызывают сомнений. А  в 1932 году гипотеза советского физика Л.Д. Ландау об образования подобных космических объектов воспринималась как чисто теоретическая абстракция.

         Говоря  о смерти звезд, нельзя не упомянуть  и о черных дырах. Теоретически представляется возможным, что к концу своего существования звезда имеет массу  слишком большую, чтобы стать  белым карликом или стабильной нейтронной звездой, а потому ее остатки коллапсируются в черную дыру — объект, обладающий мощным гравитационным полем и не дающий вырваться наружу никакому излучению.

         Умирающие звезды превращаются в компактные объекты, выбрасывающие в пространство часть  своей массы и обеспечивающие тем самым рождение следующих звездных поколений. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Эволюция  звезд 

         Звёзды  зарождаются в газопылевых облаках  межзвездной среды благодаря  сгусткам вещества, образующихся в результате внешних возмущений, например, после взрыва сверхновых. Вещество под действием гравитационных сил начинает уплотняться и нагреваться. При достижении определенной массы протозвезды температура достигает того значения, при котором начинаются ядерные реакции. Продолжительность этого процесса зависит от массы. У звёзд массы Солнца на это уходит до 30 млн. лет, тогда как у более массивных в сто раз меньше. Нужно заметить, что у звёзд с большей массой все процессы идут намного быстрее, чем у менее массивных. Последующий этап жизни звезды проходит без заметных внешних изменений довольно продолжительный срок (около 10 млрд. лет у таких звёзд как Солнце, и не более 0,5 млрд. лет у в несколько раз большей массой). В этот период идет процесс сжигания водорода в ядре звезды. При этом яркость и размер остаются постоянными, так как гравитационные силы уравновешиваются давлением газа внутри звезды. Параметры звезды в этот период определяются одной из точек так называемой главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга – Ресселла.

         По мере того как  весь водород в ядре будет превращаться в гелий оно будет сжиматься, и нагреваться, вследствие увеличения молекулярного веса. Под действием увеличившейся температуры, окружающий ядро газ расширится, и звезда значительно увеличит свои размеры, прилегающий к внешним слоям газ остынет, звезда станет красным гигантом, светимость которого останется примерно такой же из-за значительных размеров. Большие размеры звезды приведут к большой потери энергии, в результате чего она со временем опять может уменьшиться. На этом этапе на диаграмме Герцшпрунга – Ресселла звезда перемещается по одному из так называемых эволюционных треков. При возникновении внутренней нестабильности во время расширения внешние слои звезды отделяются, образуется планетарная туманность, видимая в мощные телескопы похожей на диски планет .Оставшееся ядро становится белым карликом и будет постепенно остывать. Несмотря на значительную температуру, светимость белых карликов низкая из-за небольших размеров, сопоставимых с размером Земли. Максимально возможная масса таких звёзд не превышает 1,4 от солнечной массы.

         Все вышесказанное справедливо для  звёзд массы Солнца. Если же масса  звезды превышает солнечную не менее чем в 8 раз, конечные этапы ее эволюции несколько отличаются. Так, после того как весь водород в ядре превратиться в гелий, ядро сожмется, а температура внутри него повысится до такой степени, что начнется не только сжигание водорода практически во всем объеме звезды, но и превращение гелия в более тяжелые элементы, такие как углерод и кислород, а потом и в кремний. Температура ядра при этом может достигать нескольких сотен млн. кельвинов. В какой-то момент времени все топливо будет израсходовано, ядро станет железным, система станет нестабильной и звезда в течение долей секунды сожмется. Сжатие будет происходить до тех пор, пока плотность не достигнет критического уровня, после чего произойдет отдача, сопровождаемая гигантским взрывом, наблюдаемым как взрыв сверхновой (лат. super nova).

         Яркость вспышки  при взрыве сверхновой может превосходить яркость целой галактики, а светимость в миллиарды раз выше солнечной. Выброс оболочки происходит со скоростью в несколько тысяч км/с. Наблюдаемая вспышка заметна в течение нескольких недель. Вообще же, взрыв сверхновой – крайне редкое явление, которое можно наблюдать без соответствующего оборудования всего несколько раз за тысячелетие. Пример - сверхновая 1987А, наблюдаемая с февраля 1987 года в галактике Большое Магелланово Облако в южном созвездии Золотой Рыбы на расстоянии 170 тысяч световых лет.

         Оставшееся после  взрыва ядро превращается в нейтронную звезду с массой от 1,5 до 3 масс Солнца и диаметром несколько км. Из-за сильного магнитного поля и быстрого вращения нейтронные звёзды наблюдаются как всплески радио- и рентгеновского излучения, их иногда называют еще пульсарами. Если масса оставшегося ядра превысила 3 солнечных массы, то звезда становится чёрной дырой. Гравитационные силы черной дыры столь значительны, что они поглощают любое световое излучение, и непосредственное наблюдение этих объектов с использованием оптических средств невозможно. Выпадение вещества на чёрные дыры сопровождается выделением огромной энергии, которое можно обнаружить в виде рентгеновского и гамма-излучения. В таких областях в условиях гравитации стремящейся к бесконечности все наши представления о пространстве и времени, очевидно, не смогут найти подтверждения, а сами области, возможно, могут представлять собой некие пространственные дыры, сквозь которые возможно проникновение в другие области Вселенной или Антивселенной, в которых составляющая силы гравитации по отношению к нашим представлениям будет иметь отрицательное значение. Но возможно, что чёрные дыры - это пространственно-энергетические ловушки, которые после достижения ими определённой критической массы и энергии вызовут грандиозный вселенский катаклизм при выделении накопленной энергии. Предполагается, что в центрах многих галактик имеются чёрные дыры, в том числе и в нашей.  
 
 
 
 
 
 

Двойные звёзды

       Во  Вселенной примерно половина всех звёзд  входит в состав двойных или кратных  систем. В них звёзды вращаются  вокруг общего центра масс. Визуально-двойные  звезды расположены достаточно далеко друг от друга и могут наблюдаться  отдельно, период их обращения составляет несколько десятков лет. Если одна звезда значительно меньше другой и не доступна для непосредственного наблюдения, то ее присутствие можно обнаружить по непрямолинейному движению более яркой. Обычно же двойные системы обнаруживаются по периодическому смещению спектральных линий. Большая часть двойных звёзд являются тесными парами. В таких системах возможно перетекание вещества из поверхностных слоев массивной звезды к компаньону. Вещество под действием гравитационных сил вращающейся малой звезды закручивается вокруг нее, и образуется так называемый аккреционный диск. Большая звезда при этом может потерять значительную массу и превратиться даже в белого карлика. Иногда такие процессы приводят к образованию новых (лат. nova), когда происходит значительный нагрев звезды и последующая вспышка, сопровождаемая выбросом оболочки со скоростью до 2 тысяч км/с и увеличением звёздной величины в несколько раз (до 10 - 15), но, конечно же, даже близко не сопоставимой со взрывом сверхновой. Этот процесс может происходить неоднократно с образованием повторных новых, а также новоподобных с менее значительным увеличением звёздной величины.

       Также с двойными звёздами напрямую связано такое понятие как переменная звезда. Хотя нужно отметить, что и к одиночным звездам, преимущественно на поздних стадиях эволюции, в полной мере может подходить это определение (пример: цефеиды, по аналогии с Дельта Цефея, когда светимость увеличивается, а затем уменьшается почти на целую звездную величину в течение нескольких дней), всё же, чаще всего оно применимо к двойным или кратным системам. Выражается это в периодическом изменении светимости звезды, связанном в первую очередь с неоднородностью ее внутренней структуры и стадии эволюционного развития, а также влиянием на нее звезды-компаньона. Так в затменных двойных вращение пары происходит таким образом, что одна звезда периодически проходит перед другой относительно наблюдателя, что приводит к изменению видимой светимости. Наиболее яркий пример: Алголь – Бета Персея, расстояние 92,8 св. года, состоящая из гиганта класса B и карлика класса G, между которыми происходит передача вещества, а также третьей звезды. Видимая светимость в этой системе изменяется от 3,5 до 2,2 звёздной величины с периодом около трех суток. Вообще же периодичность изменений в двойных и кратных системах может наблюдаться от нескольких суток до нескольких месяцев, а изменение светимости до нескольких звёздных величин, хотя обычно светимость изменяется в гораздо более. 

Заключение

      Наше  Солнце – самая обычная звезда среди миллионов других звезд. В центре всех звезд частицы газа и водорода ударяются друг о друга и выделяют огромное количество ядерной энергии. Благодаря этому звезды так ярко сияют. Звезды несутся сквозь космическое пространство с колоссальными скоростями, но нам они кажутся неподвижными – это тоже следствие их невероятной удаленности от нас.

      Звезды  возникают постоянно. Сначала это  просто облака газа и пыли в космическом  пространстве. Как только подобные сгустки вещества начинают собираться вместе, возникающая сила притяжения усиливает этот процесс. В центре такого образования газ становиться все горячее и плотнее, и, в конце концов, его температура и давление повышаются настолько сильно, что начинается процесс ядерного синтеза. Его начало знаменует собой рождение новой звезды. Нередко множество звезд возникает вблизи друг от друга, в гигантском облаке.

      И все-таки звезды не живут вечно. В конце концов, водородное топливо в их ядрах исчерпывается. Когда это происходит, звезда изменяется и постепенно умирает. Старые звезды раздуваются, превращаясь в красные гиганты. Они могут развеять часть своего газа в пространстве в виде большого туманного кольца. Звезды значительно более массивные, чем Солнце, заканчивают свое существование грандиозным взрывом- сверхновой. Когда такая звезда появляется, она за несколько дней излучает света в миллион раз больше, чем Солнце. За последние 1000 лет в нашей Галактике было надежно зафиксировано появление всего лишь трех сверхновых.

      Благодаря развитию наблюдательных технологий астрономы получили возможность исследовать не только видимое, но и не видимое глазу излучение звёзд. Сейчас уже многое известно об их строении и эволюции, хотя немало остаётся и непонятного. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы

1. Шкловский И.С.. Звезды: их рождение, жизнь и смерть. – М.: Наука, 1997.
2. Тейлер Р. Строение и эволюция звезд. М.: Мир, 1973.
3. Пер. с англ. Сапциной У.В., Кима А.И., Сафроновой Т.В. и др. Большая энциклопедия школьника- М.: ООО «Росмэн-Издат» 2001.