Jokainen meistä ainakin kerran elämässään katsoi tähtitaivaan. Joku katsoi tätä kauneutta ja koki romanttisia tunteita, toinen yritti ymmärtää, mistä kaikki tämä kauneus tulee. Elämä avaruudessa, toisin kuin planeetamme elämä, virtaa eri nopeudella. Aika ulkoavaruudessa elää omassa luokassaan, maailmankaikkeuden etäisyydet ja koot ovat valtavia. Ajattelemme harvoin sitä, että silmiemme jatkuvasti kehittyvät galaksit ja tähdet. Jokainen loputon tilan objekti on tiettyjen fyysisten prosessien tulos. Galaksiilla, tähdillä ja jopa planeetoilla on suuret kehitysvaiheet.
Planeettamme ja me kaikki riippuvat valaisimestamme. Kuinka kauan aurinko ilahduttaa meitä lämpimästi, hengittämällä elämää aurinkokuntaan? Mikä odottaa meitä tulevaisuudessa miljoonina ja miljardeina vuosina? Tältä osin on utelias oppimaan lisää siitä, mitkä ovat tähtitieteellisten esineiden kehittymisen vaiheet ja mistä tähdet tulevat ja miten näiden ihmeellisten valojen elämä yöllä taivaalla päättyy.
Tähtien alkuperä, syntymä ja kehitys
Linnunradan galaksimme ja koko maailmankaikkeuden asukkaiden tähtien ja planeettojen kehitys on pääosin hyvin tutkittu. Fysiikan lait, jotka auttavat ymmärtämään kosmisten esineiden alkuperää, työskentelevät avaruudessa. Tässä tapauksessa perustana on Big Bangin teoria, joka on nyt hallitseva oppi maailmankaikkeuden alkuprosessista. Tapahtuma, joka pudisti maailmankaikkeutta ja johti maailmankaikkeuden muodostumiseen avaruusstandardien, salaman nopeasti. Sillä tila, tähtien syntymästä kuolemaan asti, kulkee hetkiä. Valtavat etäisyydet luovat maailmankaikkeuden pysyvyyden illuusion. Tähti, joka vilkkuu etäisyydellä, loistaa meidät miljardeja vuosia, jolloin se ei ehkä ole.
Galaktioiden ja tähtien kehittymisen teoria on Big Bang -teorian kehitys. Tähtien syntymistä ja tähtijärjestelmien syntymistä koskeva oppi on erilainen mittakaavassa ja ajoituksessa, joka toisin kuin maailmankaikkeudessa kokonaisuudessaan voidaan havaita nykyaikaisen tieteen keinoin.
Tähtien elinkaaren tutkiminen on mahdollista lähimmän valon esimerkkinä. Aurinko on yksi satojen triljoonien tähtien näkökulmasta. Lisäksi etäisyys maasta aurinkoon (150 miljoonaa km) tarjoaa ainutlaatuisen mahdollisuuden tutustua esineeseen jättämättä aurinkokunnan rajoja. Saadut tiedot auttavat ymmärtämään yksityiskohtaisesti, miten muut tähdet on järjestetty, kuinka nopeasti nämä jättiläiset lämmönlähteet ovat loppuneet, mitkä ovat tähtien kehityksen vaiheet ja mikä on tämän loistavan elämän loppu - hiljainen ja himmeä tai kuohuviini, räjähtävä.
Big Bangin jälkeen pienet hiukkaset muodostivat tähtienvälisiä pilviä, joista tuli "sairaala" triljoonaa tähteä. On tunnusomaista, että kaikki tähdet ovat syntyneet samanaikaisesti supistumisen ja laajenemisen seurauksena. Kosmisen kaasun pilvissä tapahtunut puristus tapahtui oman painovoiman ja vastaavien prosessien vaikutuksen alaisena uusissa tähdissä naapurustossa. Laajentuminen on syntynyt tähtienvälisen kaasun sisäisen paineen ja kaasun pilvessä olevien magneettikenttien toiminnan seurauksena. Samalla pilvi pyörii vapaasti massakeskiönsä ympäri.
Räjähdyksen jälkeen muodostuneet kaasupilvet ovat 98%, jotka koostuvat atomi- ja molekyylivedystä ja heliumista. Vain 2% tässä taulukossa kerää pölyä ja kiinteitä mikroskooppisia hiukkasia. Aiemmin uskottiin, että minkä tahansa tähden keskellä on rautan ydin, joka lämmitetään miljoonan asteen lämpötilaan. Tämä näkökohta selitti valaisimen valtavan massan.
Fyysisten voimien vastustuksessa vallitsivat puristusvoimat, koska energian vapautumisesta johtuva valo ei tunkeudu kaasun pilviin. Valo ja osa säteilevästä energiasta leviävät ulospäin, jolloin syntyy negatiivinen lämpötila ja matalapainevyöhyke tiheän kaasun kerääntymisen sisällä. Tällaisessa tilassa kosminen kaasu puristuu nopeasti, painovoiman vetovoimien vaikutus johtaa siihen, että hiukkaset alkavat muodostaa tähtimateriaalia. Kun kaasuklusteri on tiheä, voimakas puristus johtaa tähtiklusterin muodostumiseen. Kun kaasupilven koko on merkityksetön, puristus johtaa yhden tähden muodostumiseen.
Lyhyt kuvaus siitä, mitä tapahtuu, on, että tähtien tulevaisuus kulkee kahden vaiheen läpi - nopea ja hidas puristus protostarin tilaan. Yksinkertaisesti ja ymmärrettävällä kielellä puhuminen nopea puristus on tähtimateriaalin kaatuminen protostaarin keskelle. Hidas puristus tapahtuu protostarin muodostetun keskuksen taustalla. Seuraavan sadan tuhannen vuoden aikana uusi kokoonpano pienenee ja sen tiheys kasvaa miljoonia kertoja. Vähitellen protostari muuttuu läpinäkymättömäksi, koska tähti on suuri, ja jatkuva puristus laukaisee sisäisten reaktioiden mekanismin. Sisäisen paineen ja lämpötilojen kasvu johtaa tulevan tähteen tulevan painopisteen muodostumiseen.
Tässä tilassa protostar pysyy miljoonien vuosien ajan, hitaasti luovuttamalla lämpöä ja vähitellen supistumalla, pienenen. Tämän seurauksena syntyy uuden tähden ääriviivat ja sen aineen tiheys on verrattavissa veden tiheyteen.
Tähtimme tiheys on keskimäärin 1,4 kg / cm3 - lähes sama kuin suolaisen kuolleenmeren veden tiheys. Auringon keskellä tiheys on 100 kg / cm3. Tähtimateriaali ei ole nestemäisessä tilassa, vaan se on plasman muodossa.
Valtavan paineen ja lämpötilan, noin 100 miljoonan K: n vaikutuksesta, alkaa vetykierron lämpöydinreaktiot. Pakkaus lakkaa, objektin massa kasvaa, kun painovoiman energia muuttuu lämpöydinkestäväksi vetyä. Tästä lähtien uusi tähti, joka säteilee energiaa, alkaa menettää massansa.
Edellä kuvattu tähti muodostuu vain primitiivisestä järjestelmästä, joka kuvaa tähtien evoluution ja syntymän alkuvaihetta. Nykyään tällaiset prosessit galaksissamme ja koko maailmankaikkeudessa ovat lähes huomaamattomia, koska tähtimateriaalin voimakas ehtyminen. Galaksimme havaintojen koko tietoisen historian aikana on havaittu vain yksittäisten uusien tähtien esiintymisiä. Universumin mittakaavassa tätä lukua voidaan lisätä satoja ja tuhansia kertoja.
Suurin osa heidän elämästään, protostaarit ovat piilossa ihmisen silmästä. Ytimen päästöjä voidaan havaita vain infrapuna-alueella, joka on ainoa tapa nähdä tähtien syntyminen. Esimerkiksi vuonna 1967 Orionin Nebulan tähtitieteilijät löysivät uuden tähden, jonka säteilylämpötila oli 700 astetta. Tämän jälkeen kävi ilmi, että protostaalien syntymäpaikka on kompakti lähteitä, jotka ovat saatavilla paitsi galaksissamme myös muissa maailmankaikkeuden osissa, jotka ovat kaukana meistä. Infrapunasäteilyn lisäksi uusien tähtien syntymäpaikat on merkitty voimakkailla radiosignaaleilla.
Tähtien opiskelu ja kehittyminen
Tähtien täysi tuntemus voidaan jakaa useisiin vaiheisiin. Määritä alusta asti etäisyys tähteen. Tietoa siitä, kuinka kaukana tähti on meiltä, kuinka kauan valo menee siitä, antaa käsityksen siitä, mitä tähtiä tapahtui koko tämän ajan. Kun henkilö on oppinut mittaamaan etäisyyden kaukaisiin tähdiin, kävi selväksi, että tähdet ovat samat auringot, vain erikokoisia ja eri kohtaloita. Tietäen etäisyyttä tähteen, valon tasosta ja säteilevän energian määrästä voidaan jäljittää tähtien lämpöydinfuusion prosessi.
Tähtien etäisyyden määrittämisen jälkeen voidaan spektrianalyysin avulla laskea tähden kemiallinen koostumus ja selvittää sen rakenne ja ikä. Spektrografin ulkoasun ansiosta tutkijat ovat voineet tutkia tähtien valon luonnetta. Tämä laite voi määrittää ja mitata tähti-aineen kaasukoostumusta, jonka tähti on sen olemassaolon eri vaiheissa.
Tutkimalla auringon ja muiden tähtien energian spektrianalyysia tutkijat päättelivät, että tähtien ja planeettojen kehittymisellä on yhteisiä juuria. Kaikilla kosmisilla elimillä on sama tyyppi, samankaltainen kemiallinen koostumus ja ne on johdettu samasta asiasta, joka on seurausta Big Bangista.
Tähtimateriaali koostuu samoista kemiallisista elementeistä (jopa rautaa) kuin planeettamme. Ainoa ero on näiden tai muiden elementtien lukumäärässä sekä auringossa ja maapallon sisäpuolella esiintyvissä prosesseissa. Tämä erottaa tähdet muista universumin kohteista. Tähtien alkuperää tulisi myös harkita toisen fyysisen kurinalaisuuden - kvanttimekaniikan yhteydessä. Tämän teorian mukaan tähtimateriaalia määräävä asia koostuu jatkuvasti jakautuvista atomeista ja elementaarisista hiukkasista, jotka muodostavat oman mikrokosmosin. Tässä valossa kiinnostava on tähtien rakenne, koostumus, rakenne ja kehitys. Kuten kävi ilmi, tähtimme ja monien muiden tähtien päämassa muodostaa vain kaksi elementtiä - vetyä ja heliumia. Tähtien rakennetta kuvaava teoreettinen malli mahdollistaa niiden rakenteen ja tärkeimmän eron muilta avaruusobjekteilta.
Tärkein piirre on, että monissa Universumin kohteissa on tietty koko ja muoto, kun taas tähti voi muuttaa sen kokoa sen kehittyessä. Kuuma kaasu on yhdiste, joka on heikosti sidottu toisiinsa. Miljoonia vuosia tähtien muodostumisen jälkeen alkaa tähtimateriaalin pintakerroksen jäähdytys. Tähti antaa suurimman osan energiastaan avaruuteen, pienenee tai kasvaa. Lämmön ja energian siirto tapahtuu tähtien sisäalueilta pintaan, mikä vaikuttaa säteilyn voimakkuuteen. Toisin sanoen sama tähti eri aikoina sen olemassaolosta näyttää erilaiselta. Vetykierron reaktioihin perustuvat lämpöydinprosessit edistävät kevyiden vetyatomien muuttumista raskaammiksi elementeiksi - heliumiksi ja hiileksi. Astrofysiikan ja ydinalan tutkijoiden mukaan tällainen lämpöydinfuusio on tehokkain vapautetun lämmön määrän kannalta.
Miksi ydin ei ydinfuusiota päättyy tällaisen reaktorin räjähdykseen? Asia on, että sen painovoimakentän voimat voivat pitää tähtimateriaalia vakiintuneen tilavuuden rajoissa. Tästä voimme tehdä yksiselitteisen johtopäätöksen: mikä tahansa tähti on massiivinen runko, joka säilyttää sen koon painovoimien ja lämpöydinreaktioiden energian välisen tasapainon vuoksi. Tämän ihanteellisen luonnollisen mallin tulos on lämmönlähde, joka voi toimia pitkään. Oletetaan, että maan ensimmäiset elämänmuodot ilmestyivät 3 miljardia vuotta sitten. Aurinko näinä päivinä lämmitti planeettamme aivan kuten nyt. Niinpä meidän tähti on muuttunut vähän, vaikka säteilylämmön ja aurinkoenergian laajuus on valtava - yli 3-4 miljoonaa tonnia joka sekunti.
On helppo laskea, kuinka monta vuotta sen olemassaolon aikana tähti on menettänyt painonsa. Tämä on valtava hahmo, mutta sen suuren massan ja suuren tiheyden takia tällaiset häviöt maailmankaikkeudessa näyttävät merkityksettömiltä.
Tähtien kehityksen vaiheet
Tähtien kohtalo riippuu tähtien alkuperäisestä massasta ja sen kemiallisesta koostumuksesta. Niin kauan kuin tärkeimmät vetyreservit ovat keskittyneet ytimeen, tähti on ns. Pääjärjestyksessä. Heti kun oli taipumus lisätä tähtiä, se tarkoittaa, että lämpöydinfuusion päälähde on kuivunut. Aloitti pitkän lopullisen polun taivaankappaleen muutokselle.
Maailmankaikkeuden valaisimet on alun perin jaettu kolmeen yleisimpään tyyppiin:
- normaalit tähdet (keltaiset kääpiöt);
- kääpiön tähdet;
- jättiläiset tähdet.
Alhaisen massan (kääpiöt) tähdet polttavat hitaasti vetykauppoja ja elävät melko rauhallisesti.
Tällaiset tähdet ovat enemmistö maailmankaikkeudessa ja tähti on keltainen kääpiö. Vanhan iän myötä keltainen kääpiö muuttuu punaiseksi jättiläiseksi tai supergiantiksi.
Tähtien alkuperän teorian perusteella tähtien muodostaminen maailmankaikkeudessa ei ole päättynyt. Galaksimme kirkkaimmat tähdet eivät ole vain suurimmat, kuin aurinko, vaan myös nuorin. Astrofysiikka ja tähtitieteilijät kutsuvat näitä tähtiä sinisiä supergianteja. Lopulta he kohtasivat samaa kohtaloa, jolla on triljoonia muita tähtiä. Ensinnäkin nopea syntymä, loistava ja kiihkeä elämä, jonka jälkeen tulee hidas hajoamisjakso. Auringon kaltaisilla tähdillä on pitkä elinkaari, joka on pääjärjestyksessä (keskiosassa).
Käyttämällä tähti-massan tietoja voimme ottaa sen evoluutiopolun kehitykseen. Tämä havainnollistava esimerkki tästä teoriasta on tähtimme kehittyminen. Mikään ei ole ikuinen. Lämpöydinfuusion seurauksena vety muunnetaan heliumiksi, joten sen alkuvarastot kulutetaan ja vähennetään. Joskus nämä varastot loppuvat pian. Johtuen siitä, että aurinkomme säilyy edelleen yli 5 miljardia vuotta ilman kokoa, tähtien kypsä ikä voi edelleen kestää noin saman ajan.
Vetyvarantojen loppuminen johtaa siihen, että painovoiman vaikutuksesta auringon sydän alkaa kutistua nopeasti. Ytimen tiheys tulee erittäin korkeaksi, minkä seurauksena lämpöydinprosessit siirtyvät ytimen vieressä oleviin kerroksiin. Tällaista tilaa kutsutaan romahtamiseksi, joka voi johtua tähtien ylemmistä kerroksista peräisin olevista lämpöydinreaktioista. Korkean paineen seurauksena heliumia sisältävät lämpöydinreaktiot laukaisevat.
Veden ja heliumin tarjonta tähtiosassa kestää miljoonia vuosia. Ei ole kovin pian, että vedyn varastojen loppuminen johtaa säteilyn voimakkuuden lisääntymiseen, kuoren koon kasvuun ja tähden suuruuteen. Tämän seurauksena aurinkomme tulee hyvin suureksi. Jos kuvittelemme tämän kuvan kymmenien miljardien vuosien aikana, niin häikäisevän kirkkaan levyn sijasta kuuma punainen levy, jossa on valtavia kokoja, ripustaa taivaalle. Punaiset jättiläiset ovat tähtien kehittymisen luonnollinen vaihe, sen siirtymävaihtoehto muuttujien tähdeksi.
Tämän muutoksen seurauksena etäisyys maapallosta auringolle vähenee, niin että maa putoaa auringonkoronan vaikutusalueeseen ja alkaa "paahtua" siinä. Lämpötila planeetan pinnalla kasvaa kymmenkertaisesti, mikä johtaa ilmakehän katoamiseen ja veden haihtumiseen. Tämän seurauksena planeetta muuttuu eloton kivikkoiseksi aavikoksi.
Tähtien kehityksen viimeiset vaiheet
Kun punainen jättiläinen on saavuttanut vaiheen, normaali tähti muuttuu valkoiseksi kääpiöksi gravitaatioprosessien vaikutuksen alaisena. Jos tähden massa on suunnilleen yhtä suuri kuin auringon massa, kaikki sen tärkeimmät prosessit tapahtuvat hiljaa, ilman impulsseja ja räjähdysvaarallisia reaktioita. Valkoinen kääpiö kuolee pitkään, tuhoutuu tuhkaan.
Tapauksissa, joissa tähtien massa oli alun perin enemmän kuin aurinko 1,4 kertaa, valkoinen kääpiö ei ole viimeinen vaihe. Suurella massalla tähtien sisällä tapahtuu tähtimateriaalin tiivistymisprosesseja atomi-, molekyylitasolla. Protonit muuttuvat neutroneiksi, tähden tiheys kasvaa ja sen koko pienenee nopeasti.
Neutronitähdet, joiden tiedetään olevan tiedossa, ovat halkaisijaltaan 10-15 km. Tällaisilla pienillä kokoilla neutronitähdellä on valtava massa. Yksi kuutiometri tähtiä voi painaa miljardeja tonnia.
Siinä tapauksessa, että alun perin käsittelimme suuren massan tähtiä, evoluution viimeinen vaihe vie muita muotoja. Massiivisen tähden - mustan reiän - kohtalo, jonka luonne ja odottamaton käyttäytyminen ovat tutkimattomia. Tähtien valtava massa auttaa lisäämään painovoimia, jotka asettavat puristusvoimat liikkeelle. Keskeytä tämä prosessi ei ole mahdollista. Aineen tiheys kasvaa, kunnes se muuttuu äärettömäksi ja muodostaa yksittäisen tilan (Einsteinin suhteellisuusteoria). Tällaisen tähden säde muuttuu lopulta nollaan, josta tulee musta aukko avaruudessa. Mustat reiät olisivat paljon suurempia, jos avaruudessa suurin osa tilasta oli massiivisten ja supermassive-tähtien käytössä.
On huomattava, että kun punainen jättiläinen muuttuu neutronitähdeksi tai mustaksi reikäksi, Universumi voi selviytyä ainutlaatuisesta ilmiöstä - uuden avaruusobjektin syntymästä.
Supernovan syntyminen on vaikuttavin viimeinen vaihe tähtien kehittymisessä. Здесь действует естественный закон природы: прекращение существование одного тела дает начало новой жизни. Период такого цикла, как рождение сверхновой, в основном касается массивных звезд. Израсходовавшиеся запасы водорода приводят к тому, что в процесс термоядерного синтеза включается гелий и углерод. В результате этой реакции давление снова растет, а в центре звезды образуется ядро железа. Под воздействием сильнейших гравитационных сил центр массы смещается в центральную часть звезды. Ядро становится настолько тяжелым, что неспособно противостоять собственной гравитации. Как следствие, начинается стремительное расширение ядра, приводящее к мгновенному взрыву. Рождение сверхновой - это взрыв, ударная волна чудовищной силы, яркая вспышка в бескрайних просторах Вселенной.
Следует отметить, что наше Солнце не является массивной звездой, поэтому подобная судьба ее не грозит, не стоит бояться такого финала и нашей планете. В большинстве случаев взрывы сверхновых происходят в далеких галактиках, с чем и связано их достаточно редкое обнаружение.
В заключение
Эволюция звезд - это процесс, который растянут по времени на десятки миллиардов лет. Наше представление о происходящих процессах - всего лишь математическая и физическая модель, теория. Земное время является лишь мгновением в огромном временном цикле, которым живет наша Вселенная. Мы можем только наблюдать то, что происходило миллиарды лет назад и предполагать, с чем могут столкнуться последующие поколения землян.
