Александр Петров – Вечные вопросы. Часть 1 (страница 3)
…то есть гравитационное поле такого объекта, из которого позже родится довольно массивная звезда, на мой взгляд, может удерживать в своем плену атомы и молекулы различных химических элементов, а также частичек космической пыли на расстоянии в несколько световых лет…
– ?
– …а когда в центре протозвезды начинаются термоядерные реакции, то не вся материя протозвезды становится составной частью звезды-карлика, лишь какая-то ее часть…
…и начавшиеся термоядерные реакции не охватывают все области не только протозвезды, но и звезды-карлика…
– Извини?
– …а чтобы это осознать, ты просто посмотри на теоретическое строение Солнца…
– ?
– Согласно современным научным представлениям, Солнце – это типичный эволюционирующий желтый карлик, который, по словам современных ученых, находится примерно в середине своего жизненного цикла, и которому от рождения, как утверждают современные ученые, 4,6 миллиарда лет…
…но термоядерные реакции идут сейчас только в солнечном ядре, которое занимает лишь 20–25 % от радиуса Солнца, а все остальное – это оболочка, состоящая в основном из водорода, и которая разогрета до многих миллионов градусов…
…притом в том слое, который окружает солнечное ядро, водород настолько плотно сжат, что соседние протоны не могут поменяться местами, поэтому перенос энергии из ядра к наружным слоям происходит в основном благодаря переизлучению…
…и фотонам, рожденным в результате термоядерных реакций в ядре Солнца, нужно, как считается, от десяти тысяч до нескольких миллионов лет, чтобы достичь поверхности Солнца…
– Чего?
– Это сейчас неважно! Так вот, чем старше становится звезда и чем меньше в ее недрах остается водорода, тем больше становится гелиевое ядро и тем выше становится температура звезды…
…а чем выше становится внутренняя температура звезды, тем сильнее разогреваются ее внешние слои и тем больше звезды увеличиваются в размере…
…поэтому со временем звезды-карлики превращаются в гигантов…
…и нашей звезде, как говорят, где-то через 5 миллиардов лет суждено стать гигантом…
…красным гигантом…
– Красным гигантом?
– Ага, правда, не все звезды становятся гигантами…
…ведь судьба звезды во многом зависит от множества условий…
– Сможешь кратко и внятно объяснить, в чем там суть?
– Ну, смотри…
…считается, что термоядерные реакции могут начаться в газовых шарах, минимальная масса которых составляет где-то 0,08 от массы Солнца…
…и если маломассивная звезда одинока, а ее первоначальная масса составляет от 0,08 до… 0,83 солнечной массы, то когда она горит, вещество внутри такой звезды путем конвекции сильно перемешивается…
…из-за чего водород продолжает участвовать в термоядерных реакциях до тех пор, пока почти полностью не иссякнет…
Когда его запасы будут подходить к концу, то термоядерные реакции начнут угасать…
…а без энергии, рождающейся в процессе термоядерных реакций, давление в недрах такой звезды начнет падать, и под действием сил гравитации внешние слои звезды устремятся к центру…
Она начнет сжиматься, а заодно и разогреваться, и со временем она должна превратиться в голубого карлика…
…а потом она начнет постепенно остывать…
…и на заключительном этапе своего существования она станет так называемым вырожденным гелиевым карликом…
Какое-то время этот гелиевый карлик будет светить, но это свечение будет вызвано, согласно современным представлениям, тепловым свечением атомов…
– А…
– Кстати, термоядерные реакции в таких звездах, как считается, идут очень вяло, и еще ни одного голубого карлика обнаружить не удалось…
…а 85 % звезд нашей Галактики – это менее яркие звезды, чем Солнце…
…говорят, что в большинстве своем это эволюционирующие красные карлики, которые позже и должны переродиться в голубых карликов, а это, по словам современных ученых, говорит о том, что Вселенная зародилась недавно…
А Солнце, если тебе это интересно, хоть и считается типичным желтым карликом спектрального класса G2, но по сравнению с большинством современных звезд в нашей Галактике Солнце – довольно большая и яркая звезда…
– Пусть будет так, но ты лучше скажи, а если масса звезды будет чуточку больше 0,83 солнечной массы, то какова ее судьба?
– Если масса новорожденной одинокой звезды чуть меньше массы Солнца, но не больше… трех с половиной солнечных масс, то со временем в ее центральной части сгорит весь водород, а в центре этой звезды сформируется плотное ядро, состоящее в основном из ядер атомов гелия, в котором уже не идут термоядерные реакции…
Без давления, рождающегося в ходе термоядерных реакций, внешние слои этой звезды под собственным же весом устремятся к центру звезды… или, если хочешь, звезда начнет сжиматься…
…отчего температура и давление в ядре этой звезды снова начнут повышаться, но, в отличие от стадии протозвезды, до гораздо более высоких уровней…
…и при температуре где-то в 100 миллионов градусов (К) начинаются термоядерные реакции с участием гелия…
…происходит так называемая гелиевая вспышка – взрывоподобное начало горения гелия, то есть с выделением большого количества энергии из ядер гелия образуются ядра углерода и даже кислорода…
Возобновившиеся на новом уровне термоядерные реакции становятся причиной значительного расширения атмосферы звезды, звезда разрыхляется, энергии-то много выделяется и она становится гигантом, красным гигантом, точнее говоря…
Но горение гелия в среднемассивных звездах весьма нестабильно, так как в их недрах возникают сильнейшие термические пульсации, отчего такие звезды называются переменными или пульсирующими звездами…
…а механизм пульсации довольно прост: выделяющаяся при термоядерном синтезе углерода энергия разогревает внешние слои звезды, в результате чего ее блеск начинает расти и она раздается в объеме…
…но увеличение объема звезды, как бы странно это не звучало, приводит и к заметному ускорению охлаждения ее атмосферы, площадь-то охлаждения увеличивается…
…поэтому блеск звезды начинает уменьшаться, а пройдя некий максимальный уровень роста, объем звезды начинает сокращаться…
…сжатие же звезды, естественно, приводит к разогреву ее недр, а звезда заново начинает ярче сиять и снова расширяется…
Как долго такая карусель будет происходить со звездой? Считается, что этот период в бытие звезд может длиться до нескольких десятков миллионов лет…
…но однажды, при очередном сжатии, когда температура в очередной раз повышается, а от этого в термоядерных реакциях начинают участвовать новые слои гелия, происходит мощный взрыв, из-за которого атмосфера звезды сбрасывается, превращаясь в так называемую планетарную туманность…
…а в центре этой планетарной туманности появляется вырожденное оголенное ядро звезды, в котором термоядерные реакции прекращаются и оно, остывая, превращается в уже знакомый тебе вырожденный гелиевый белый карлик, если первоначальная масса звезды не превышала 0,85 солнечных масс…
…либо, если масса была больше 0,85 солнечных масс, в так называемый вырожденный углеродно-кислородный белый карлик, которого от дальнейшего сжатия избавляет давление вырожденного электронного газа…
– А что такое электронный газ? И как он может сдерживать материю в проэволюционировавших звездах от дальнейшего сжатия?
– Ну, представь себе атом, вернее, планетарную модель атома…
– Гм…
– В центре атома находится положительно заряженное ядро, состоящее из протонов и нейтронов…
…а вокруг ядра, на колоссальных для микромира расстояниях, движутся отрицательно заряженные электроны…
…и скорость их движения столь высока, а траектории столь причудливы, что предсказать, где будут находиться электроны в следующее мгновенье – невозможно…
…поэтому и принято считать, что ядра атомов окружены оболочками, электронными оболочками, в сферах которых в любое следующее мгновение могут появиться электроны…
– Брр…
– Атомы могут присоединять или отдавать электроны, становясь отрицательно или положительно заряженными ионами, а незанятые электроны образуют так называемый электронный газ…
– Ау!
– На заключительных этапах эволюции звезд, масса которых колеблется в пределах от 0,85 до 3,5 солнечных масс, плотность материи в центральной части звезды становится настолько громадной, что электроны в атомах вынуждены покидать свои орбиты, либо же они не могут занять свои места вокруг атомных ядер…
…а это приводит к тому, что расстояния между соседними ядрами атомов, которые лишились этих электронных оболочек, начинают уменьшаться…
…но вытесненные внешним давлением из атомов в больших количествах электроны никуда не исчезают, они-то и есть этот так называемый вырожденный электронный газ…