Про Вселенную и судьбы звезд

по мотивам анимации http://chandra.harvard.edu/edu/formal/stellar_ev/stellar_ev_flash.html

 Credit: сайт Живая Вселенная

В нашей Галактике – Млечном Пути – несколько сотен млрд звезд разных видов, цветов и калибров. Звезды здесь формируются постоянно из огромных запасов полезных ископаемых Галактики - нефти и газа ну то есть пыли и газа, конечно же. Огромные облака дрейфуют в плоскости Галактики по кругу. Их мнет в рукава гравитация сверхмассивной черной дыры в ядре Галактики. Взорвется ли звезда, пролетит ли мимо облака звездная ассоциация, или вмешаются приливные возмущения от каких-то массивных объектов, и – готово! Облако начинает сжиматься, сжиматься, процесс со временем ускоряется, атомам уже тесно, а сила неумолимо продолжает давить и тянуть их к центру, пока удары атомов друг о друга перестанут быть упругими, и начнут срывать электронные оболочки, создавая ионы, а затем, еще круче - атомы водорода начнут сливаться в гелий, выбрасывая наружу энергичные фотоны, несущие энергию в открытый космос.

 

 Credit: сайт Живая Вселенная

 Пылевое облако вдруг пронизает ударная волна, выбросив в противоположные направления струи светящегося материала – знаменитые объекты Хербига – Аро! Яростные лучи пробьются сквозь пыль, и новорожденная звезда начнет свою жизнь. Ее ветер со временем вычистит всю пыль, все легкие элементы в космос, оставив на орбитах только камни побольше, скалы и астероиды. Миллиарды лет этот каменный хаос вокруг молодой звезды будет толкаться, клубиться и пылиться, пока, наконец, не образуются несколько планет с твердой поверхностью. Узлы газа, оставшиеся внутри этой пыли, могут аккумулировать на себя весь материал в пределах их досягаемости, уплотняясь и вращаясь. И вот вам пожалуйста – газовая планета-гигант. Жизнь новой солнечной системы началась! 

  Credit: сайт Живая Вселенная

Но что ждет эти звезды дальше? Чтобы ответить на этот вопрос, скажите о какой массе идет речь! В отличие от людей, судьбу звезд можно с хорошей степенью уверенности прогнозировать по одному (ну хорошо, двум) ее свойствам. Первое – это масса, второе – это, конечно, ее спектральный класс. 

Credit: Illustration: NASA/CXC/M.Weiss; X-ray: NASA/CXC/UC Berkeley/N.Smith et al.; IR: Lick/UC Berkeley/J.Bloom & C.Hansen

Самые массивные звезды – голубые сверхгиганты, настоящие мегазвезды массой между 140 и 280 массами Солнца, настолько горячи внутри (миллиарды градусов!) что тепловая энергия внутри начинает трансформироваться в пары электрон-позитрон, которые яростно аннигилируют в процессе под названием «парная нестабильность». Это один из самых экзотических случаев в наблюдаемой нами части Вселенной, поскольку парная нестабильность производит на свет взрыв сверхновой такой силы, что его видно с другого конца Вселенной, а после него не остается практически ничего – ни звезды ни головешки... Пока мы знаем о существовании одного такого чудовища под названием SN 2006gy. Его не то что представить, про него писать и то страшно... 

Credit: X-ray: NASA/CXC/GSFC/M.Corcoran et al.; Optical: NASA/STScI

Голубые сверхгиганты живут мало, десятки, максимум сотни миллионов лет. Хороший пример такой звезды – Эта Киля. Они олицетворяют собой принцип – Живи быстро (и ярко), умирай молодым! В течение своей жизни они выжаривают все пространство вокруг себя жестким ультрафиолетовым излучением, теряя огромное количество материала, не жалея ни себя ни других. Заканчивается их жизнь, как правило, катастрофой – взрывом сверхновой типа II, освещающим всю Галактику, который виден за мегапарсеки, из других галактик, из других скоплений галактик! 

Содержимое звезды – все новые насинтезированные ей за жизнь тяжелые элементы - выворачивается наружу, чтобы потом, возможно, сложить новые планеты, стать аминокислотами, бежать эритроцитами в крови экзотических инопланетян. 

Loading player...

Ядро звезды сжимается, становясь или черной дырой или белым карликом - нейтронной звездой. Финита ля комедия. Приехали? Нет, еще не все! Сейчас считается, что немногим более половины звезд рождаются двойными или даже кратными. Если голубой сверхгигант был участником такой группы, оставшиеся в живых после его смерти будут завидовать мертвым... Черная дыра (или белый карлик) будут паразитировать на своих соседках, стягивая с них материал, пока или совсем их не разрушит, или пока белый карлик не превысит определенного значения массы (предел Чандрасекара - 1.4 солнечной массы). Тогда систему ждет повторение взрыва сверхновой, на этот раз такой тип взрыва называется Ia. Финальное состояние всего что осталось – черная дыра (или белый карлик), и куча тяжелых элементов – кислород, железо, кремний, даже сера – рассеянных в пространстве и ждущих пока их подберет новая протозвезда. 

Credit: Айсик Бендер

Звезды более умеренной массы (типа Солнца) живут десятки миллиардов лет относительно спокойно, но в конце жизни они начинают пухнуть в красные гиганты и сверхгиганты. А что им еще остается? Все ядерное горючее выжжено, ядро сжалось до огромной температуры, чтобы еще хоть как-то продлить угасающую жизнь звезды, а внешние слои удерживать уже нечем, их газ расширяется, охлаждается и, естественно, краснеет.
 

Некоторые звезды находят еще в себе силы поджечь гелий внутри ядра и начать синтезировать углерод. Некоторым удается затем повторить цикл синтеза и с углеродом. Каждый следующий синтез требует все большей температуры и степени сжатия и длится значительно короче предыдущего. Наконец, звезда исчерпала все свои запасы, и это означает ее конец. Внешние слои сбрасываются в космос, становясь медленно расширяющейся планетарной туманностью, внутри которой - горячее ядро, чей звездный ветер может иногда сталкиваться в разных комбинациях с материалом туманности и образовывать вот такие причудливые формы, как у туманности Кошачий Глаз или Глаз Бога.

Credit: Left: X-ray (NASA/UIUC/Y.Chu et al.), Right: X-ray/Optical Composite (X-ray: NASA/UIUC/Y.Chu et al., Optical: NASA/HST)

Ядро звезды постепенно, за миллиард лет, сжимается в белый карлик с температурой поверхности 20 тыс К, который после этого медленно-медленно остывает, становясь углем, головешкой, звездным зомби. Но если ему удается в течение этого промежутка времени нащупать в пространстве другую, живую и здоровую звезду, ну или на худой конец облако газа, на чем можно паразитировать, снимая массу, начинается опять та же, знакомая нам уже вечеринка, которая в конце-концов приведет к переполнению предела Чандрасекара и знатному фейерверку по типу Ia. В конце концов все приходит снова к звездным яслям – облакам газа и пыли, которые потом будут сжиматься в новые протозвезды. 

Но самые распространенные звезды в Галактике – не голубые гиганты и не желтые звезды Главной Последовательности. Это – красные и коричневые карлики - почти состоявшиеся и совсем не состоявшиеся звезды. Что ж попробуем разобраться с ними. 

Credit: NASA/CXC/SAO

Масса красных карликов – от 8 до 50% массы Солнца. Из-за такой маленькой массы процесс синтеза гелия в их ядре может занимать и 20 млрд лет – это больше, чем возраст Вселенной! Атмосфера красных карликов очень турбулентна, они создают вокруг себя яростные магнитные поля, что сопровождается фотосферными вспышками и переменным блеском, особенно в рентгеновском диапазоне. Хороший пример красного карлика – Проксима (Ближайшая) Центавра. После долгого-долгого тления, термоядерный синтез внутри выгоревшего ядра карлика, уже не может противостоять гравитации, и звезда начинает сжиматься – очень медленно, до размеров где-то с Землю. Получить фото такой звезды в сейчас не представляется возможным – для этого потребуется время, большее текущего возраста Вселенной! С другой стороны, если такие звезды откроют – значит, что-то неладное с нашей Теорией Большого Взрыва! Открытие тянет на пару-тройку Нобелевок, займитесь, если у вас на то есть желание 

Итог – белый карлик – плотная звезда, дрейфующая в космосе и медленно умирающая в одиночестве. 

Credit: NASA/CXC/SAO

Еще один тип звезд – «недозвезды» или «перепланеты». Коричневые карлики. Например, такие. Про них у нас будет отдельный материал, но здесь хотелось бы отметить, что ими становятся шары газа массой менее 8% массы Солнца, которые испытывают большие трудности с тем, чтобы поджечь ядерное горючее внутри себя. Они кашляют, плюются фотосферными вспышками, играют мускулами мощных магнитных полей, из-за чего их короны иногда нагреваются до серьезных температур, но толку от этого немного... Температура поверхности таких карликов может иногда достигать 100 градусов Цельсия! Сообщали также об открытии звезды с поверхностной температурой...22 градуса Цельсия! Может быть, это уже планета-газовый гигант? Может, верхней границы между планетами-гигантами и звездами карликами вовсе нет?... 

А еще эти карлики... практически вечны! 

Какую судьбу вы бы предпочли на месте этих звезд – быструю, бурную и яркую юность, но очень короткую жизнь или долгую, спокойную, но бесцветную зрелость с практически бесконечной старостью - угасанием?