11.2. Концепции эволюции звездных объектов

На современном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится преимущественно в звездном состоянии. 97% вещества в нашей Галактике сосредоточено в звездах, представляющих собой гигантские плазменные образования различной величины, температуры, с разной характеристикой движения. У многих других галактик, если не у большинства, «звездная субстанция» составляет более чем 99,9% их массы.

Возраст звезд меняется в достаточно большом диапазоне значений: от 15 млрд. лет, соответствующих возрасту Вселенной, до сотен тысяч – самых молодых. Есть звезды, которые образуются в настоящее время и находятся в протозвездной стадии, т.е. они еще не стали настоящими звездами.

Огромное значение имеет исследование взаимосвязи между звездами и межзвездной средой, включая проблему непрерывного образования звезд из конденсирующейся диффузной (рассеянной) материи.

Большая заслуга в разработке концепции звездной эволюции принадлежит российскому астроному Шкловскому.

Рождение звезд происходит в газово-пылевых туманностях под действием гравитационных, магнитных и других сил, благодаря которым идет формирование неустойчивых однородностей и диффузная материя распадается на ряд сгущений. Если такие сгущения сохраняются достаточно долго, то с течение времени они превращаются в звезды. Важно отметить, что происходит процесс рождения не отдельной изолированной звезды, а звездных ассоциаций. Образовавшиеся газовые тела притягиваются друг к другу, но не обязательно объединяются в одно громадное тело. Вместо этого они, как правило, начинают вращаться относительно друг друга, и центробежная сила этого движения противодействует силе притяжения, ведущей к дальнейшей концентрации. Звезды эволюционируют от протозвезд, гигантских газовых шаров, слабо светящихся и с низкой температурой, к звездам – плотным плазменным телам с температурой внутри в миллионы градусов. Затем начинается процесс ядерных превращений, описываемый в ядерной физике. Основная эволюция вещества во Вселенной происходила и происходит в недрах звезд. Именно там находится тот «плавильный тигель», который обусловил химическую эволюцию вещества во Вселенной.

Собственно моментом рождения звезды можно считать достижение системой критической температуры около 10 млн. градусов, при которой и начинается ядерная реакция синтеза.

Имеет место несколько циклов термоядерного синтеза. Длительность первого из них, связанного со сгоранием водорода и превращением его в гелий, занимает примерно 80% всего времени жизни любой звезды. При достижении температуры около 150 млн. градусов начинается второй цикл, при котором столкновения высокоэнергичных ядер гелия приводят к образованию углерода. При этом размеры звезды увеличиваются под действием энергии излучения в десятки раз. Температура внешних слоев «раздувшейся» звезды снижается, придавая ей красноватый цвет, и она переходит в разряд красных гигантов. Дальнейшие циклы термоядерного синтеза проходят во все ускоряющемся темпе и при стремительно возрастающих температурах ядра звезды. Наконец, при достижении температуры 3 млрд. градусов и синтезе железа энерговыделение резко снижается, а возросшая плотность центральной части оказывается настолько большой, что энергии излучения уже недостаточно, чтобы противостоять гравитационным силам сжатия. Ядро звезды стремительно уменьшается в размерах.

Последующая судьба звездных объектов во многом определяется значениями масс и размеров каждого из них, а также взаимным соотношением указанных параметров.

В соответствии с результатами ОТО, возможны следующие основные варианты звездной эволюции.

Если масса звезды меньше 1,4 М_Солнца, то процесс сжатия ядра протекает сравнительно спокойно и звезда превращается в белый карлик (см.стр.43), который может устойчиво излучать энергию в течение миллиардов лет. Однако его температура постепенно снижается, и он переходит в черный карлик.

Если же масса звезды больше 1,4 М_Солнца, то сжатие такого объекта происходит с обвальной скоростью и сопровождается в конце сжатия образованием громадной ударной волны обратного действия, результатом которой является сверхмощный взрыв сверхновой звезды. Рождения таких звезд были зарегистрированы в 1054, 1572, 1604, 2004 годах.

В том случае, когда полного разрушения ядра при взрыве сверхновой звезды не произошло, возможно, образование одного из двух весьма экзотических звездных объектов: пульсара (см. стр.43) или черной дыры. В настоящее время обнаружено более 300 пульсаров, которые, согласно существующей концепции, представляют собой быстровращающиеся остатки ядер сверхновых звезд или так называемые нейтронные звезды (см.стр.43).