Как умирают звезды

Звезда – это гигантский газовый шар. Газ в ней настолько горячий, что он светится. Звезда состоит в основном из двух элементов – водорода и гелия.

Цикл жизни звезды

Все звезды следуют одному и тому же циклу рождения и смерти.

Этот цикл состоит из следующих этапов:

• Газопылевое облако (сырье)
• Протозвезда (рождение)
• Главная последовательность (взрослость)
• Смерть

Этап 1: газ и пыль в пространстве

Во вселенной присутствует большое количество газа и пыли, которые сами по себе просто находятся в пространстве, никак не двигаясь. Однако любой импульс, который может исходить от проходящей рядом кометы или же взрыва, нарушает стабильное состояние газа и пыли. Таким образом активизируется процесс появления звезды. Газ и пыль начинают сталкиваться друг с другом, после чего образуется огромное облако, которое называется туманностью.

Этап 2: Протостар (Рождение Звезды)

В туманности возникают различные беспорядочные движения, из-за которых появляется все больше и больше скоплений газа и пыли. Эти сосредоточения, состоящие из данных элементов, начинают соприкасаться друг с другом и создавать трение ввиду собственного гравитационного притяжения. Через некоторое время вещество в центре начинает постепенно нагреваться. Горячее ядро называется Protostar, он находится в самом центре нагреваемого облака. Протозвезда развивается в течение некоторого времени и в какой-то момент станет звездой, так как она будет притягивать все больше и больше облаков из-за чего температура ядра будет все больше и больше.

Третий этап: звезда главной последовательности

В определенный момент протозвезда нагревается до максимального уровня, в этот момент атомы водорода начинают плавиться, образуя тем самым атомы гелия, что называется «реакцией синтеза».

Когда начинается эта реакция, высвобождается огромное количество энергии. Коллапс газа и пыли продолжается до тех пор, пока энергия, выделяемая реакцией синтеза, не станет равной гравитационному притяжению в ядре. Такое состояние называется “гидростатическим равновесным состоянием”, и протозвезда становится тем, что известно как Звезда Главной последовательности. Ядро звезды оказывает гравитационное притяжение, но в то же время энергия, выделяемая реакцией синтеза, выталкивается наружу из центра. Таким образом гравитационное притяжение ядра внутрь и выброс энергии наружу уравновешивают друг друга, и звезда приобретает сферическую форму. Это фаза зрелости звезды.

Этап 4: Смерть звезды в космосе

Смерть звезды называется угасанием, этот процесс запускается, когда весь водород, который присутствует в ядре, сгорает и вместо него образуется гелий. Соответственно, если в ядре нет водорода, то реакция ядерного синтеза перестает функционировать, поэтому звезда больше не может продолжать свое существование. Затем гидростатическое равновесие нарушается, и ядро звезды начинает процесс саморазрушения, а также нагреваться. Однако звезда может все еще содержать водород за пределами ядра, это говорит о том, что реакция синтеза будет продолжаться в оболочке. Энергия, выделяемая за счет синтеза, начнет процесс расширения оболочки.

Существует интересный факт про продолжительность жизни звезды: чем больше звезда, тем короче ее продолжительность жизни.

Если умирающая звезда очень массивна, то ее коллапсирующее ядро достаточно большое, чтобы вызвать другие реакции ядерного синтеза. Это означает, что гелий в коллапсирующем ядре будет сливаться вместе и образовывать более тяжелые элементы, например, железо.

Но такие необычные реакции ядерного синтеза непостоянные. Иногда ядро просто сгорает и гаснет. Эта нестабильность в итоге заставляет всю звезду пульсировать. Пульсирующая звезда затем сбрасывает свой расширенный внешний слой, образовывая вокруг ядра кокон из пыли и газа. С этого момента размер ядра будет определять окончательную судьбу звезды.

Жизнь после смерти: что происходит со звездами после угасания?

Классификации звезд после угасания

• Белые карлики

Белые карлики образуются из средних звезд по массе примерно равных нашему Солнцу. Как только такие звезды Главной последовательности освобождаются от внешних слоев из-за пульсаций, внутреннее ядро ​​становится “открытым”. Это ядро очень горячее и известно как Белый карлик. Белые карлики примерно того же размера, что и наша родная планета Земля. Однако они имеют гораздо большую массу. Известно, что внутри Белого карлика есть быстро движущиеся электроны, которые оказывают внешнее давление и предотвращают коллапс Белого карлика.

• Новые

Может случиться так, что Белый карлик становится частью двойной звездной системы или системы из нескольких звезд. В таком случае вполне возможно, что он будет находиться достаточно близко к своим спутникам (звездам). Близость может позволить Белому карлику притягивать материю (в основном водород) из внешнего слоя звезды-компаньона. Это приведет к формированию внешнего слоя для самого Белого карлика.

В этом случае Белый карлик станет Новой, но реакция слияния на поверхностном слое заставит его расширяться, и в итоге под действием взрыва внешняя оболочка все равно будет разрушена. Как только поверхностного слоя не станет, вновь обретенный свет Белого карлика исчезнет в течение нескольких дней. Затем он перезапустит цикл и снова сформирует Новую.

Если Белый карлик очень большой и сформирован из звезды намного больше нашего Солнца, то он может затянуть достаточное количество водорода, чтобы разрушиться из-за собственного гравитационного притяжения – взорваться и стать Сверхновой.

• Сверхновые

Это настоящий космический фейерверк. Сверхновые звезды “рождаются” из звезд Главной последовательности, которые тяжелее нашего Солнца в 8 раз и более.

• Нейтронная звезда

Если ядро сверхновой очень велико, оно ​​будет продолжать коллапсировать до того момента, когда протоны и электроны станут сливаться вместе, образуя нейтроны. Это приведет к появлению нейтронной звезды. 

• Черная дыра

В Сверхновой, если ядро ​​имеет массу, превышающую массу Солнца в 3 раза, оно ​​полностью разрушится и приведет к созданию Черной Дыры. Чёрная дыра будет очень плотной, и всё вещество в ней будет упаковано в бесконечно малую точку, называемую «Сингулярностью»[1].

Гравитация в Черной дыре настолько интенсивна, что ничто не сможет вырваться с ее орбит. Когда мы говорим “ничто не может вырваться”, мы также имеем в виду свет. Поскольку свет не может преодолеть гравитацию Черной дыры, мы не можем ее видеть.

[1] Гравитационная сингулярность, сингулярность пространства-времени или просто сингулярность-это состояние, при котором гравитация настолько интенсивна, что само пространство-время катастрофически разрушается.

Автор: Кристина Майсурадзе