События Дом

Как умирают и рождаются звезды

Сколько времени нужно звездам, чтобы остыть после того, как они исчерпают свое ядерное топливо? Когда появятся какие-нибудь «черные» карлики? Существуют ли они сегодня? Эти вопросы хотя бы раз в жизни приходят в голову каждому человеку. Давайте начнем с разговора о жизни звезд и пройдем весь путь от их рождения к смерти.

Когда звезды совсем погаснут!?

 

Когда облако молекулярного газа коллапсирует под действием собственной силы тяжести, всегда есть несколько регионов, которые начинают с чуть большей плотности, чем другие. Каждая точка в этой материи изо всех сил пытается притянуть больше другой материи к себе, но эти регионы сверхплотности притягивают материю чуть эффективней других.

Поскольку гравитационный коллапс — это протекающий процесс, чем больше материи вы привлекаете, тем быстрее дополнительная материя стремится к вам. Хотя могут потребоваться миллионы или даже десятки миллионов лет, чтобы молекулярное облако перешло от большого диффузного состояния в относительно сжатое, процесс перехода от состояния плотно сжатого газа к новому скоплению звезд — когда в самых плотных регионах начинается ядерный синтез — занимает всего несколько сотен тысяч лет.

Когда звезды совсем погаснут!?

При создании нового скопления (кластера) звезд, проще всего заметить сначала самые яркие, они же более массивные. Эти яркие, голубые, горячие звезды в сотни раз превышают Солнце по массе и в миллионы — по светимости. Но несмотря на то, что эти звезды впечатляют пуще остальных, их также очень мало, меньше 1% от всех известных полноценных звезд, и живут они тоже недолго, так как их ядерное топливо выгорает за 1-2 миллиона лет.

Когда у этих ярчайших звезд заканчивается топливо, они умирают в красочном взрыве сверхновой II типа. Когда это происходит, внутреннее ядро взрывается, коллапсирует до нейтронной звезды (для ядер с низкой массой) или даже до черной дыры (для ядер высокой массы), в то время как внешние слои выходят обратно в межзвездную среду. Там эти газы будут вносить свой вклад в будущие поколения звезд, предоставляя им тяжелые элементы, необходимые для создания твердотельных планет, органических молекул и, в редких случаях, жизни.

Черные дыры по определению сразу становятся черными. В отличие от аккреционного диска, их окружающего, и чрезвычайно низкотемпературного излучения Хокинга, вытекающего с горизонта событий, черные дыры практически сразу после коллапса ядра становятся сущей тьмой.

Когда звезды совсем погаснут!?

А вот с нейтронными звездами другая история.

Видите ли, нейтронная звезда забирает всю энергию в ядре звезды и коллапсирует чрезвычайно быстро. Когда вы что-то берете и быстро это сжимаете, вы вызываете внезапный рост температуры: так работает поршень дизельного двигателя. Коллапс звездного ядра до нейтронной звезды может быть самым мощным примером быстрого сжатия. За секунды-минуты ядро из железа, никеля, кобальта, кремния и серы на много сотен или тысяч километров в диаметре коллапсирует до шарика диаметром порядка 16 километров. Его плотность вырастает в квадриллион раз (10^15), температура тоже существенно повышается: до 10^12 градусов у ядра и до 10^6 градусов на поверхности.

И вот в чем проблема.

Когда вся эта энергия заключена в коллапсирующей звезде вроде этой, ее поверхность становится настолько горячей, что светится только голубовато-белым цветом в видимой части спектра, однако большую часть ее энергии не видно даже в ультрафиолете: это рентгеновская энергия. В этом объекте хранится чрезвычайно много энергии, но единственный способ выпустить ее во Вселенной — через поверхность, а площадь поверхности мала.

Когда звезды совсем погаснут!?

Большой вопрос, конечно, в том, как долго понадобится нейтронной звезде, чтобы остыть. Ответ зависит от аспекта физики, который плохо понятен в случае нейтронных звезд: нейтринное охлаждение. Видите ли, хотя фотоны (излучение) обычно улавливаются нормальной барионной материей, нейтрино при генерации могут проходить через всю нейтронную звезду нетронутыми. В лучшем случае нейтронные звезды могут остыть через 10^16 лет, что «всего» в миллионы раз больше возраста Вселенной. В худшем случае потребуется от 10^20 до 10^22 лет, а значит, придется подождать.

Есть и другие звезды, которые погаснут быстрее.

Видите ли, подавляющее большинство звезд — оставшиеся 99% — не становятся сверхновыми, а в процессе своей жизни медленно усыхают до белых карликовых звезд. «Медленно» в нашем случае — это только по сравнению со сверхновыми: потребуются десятки или тысячи лет, а не секунды-минуты, но это достаточно быстро, чтобы уловить почти все тепло звезды в ядре. Разница в том, что вместо того, чтобы улавливать ее в сфере диаметром 15 километров или около того, это тепло будет сосредоточено в объекте размером с Землю, в тысячу раз больше нейтронной звезды.

Когда звезды совсем погаснут!?

Это означает, что хотя температура таких белых карликов может быть очень высокой — более 20 000 градусов, в три раза горячее нашего Солнца — остывают они намного быстрее, чем нейтронные звезды.

В белых карликах нейтрино утекают незначительно, а это значит, что излучение с поверхности будет единственным важным эффектом. Когда мы рассчитываем, как быстро может улетучиться тепло, это приводит нас к срокам охлаждения белого карлика в 10^14 или 10^15 лет. После этого карлик остынет до температуры чуть выше абсолютного нуля.

Это означает, что через 10 триллионов нет (что в 1000 раз дольше времени существующей Вселенной) поверхность белого карлика остынет до температуры, которую уже будет не разглядеть в видимом световом режиме. И когда это время пройдет, во Вселенной появится совершенно новый тип объекта: черная карликовая звезда.

Когда звезды совсем погаснут!?

Так что пока во Вселенной черных карликов нет, она слишком молода для этого. Более того, самые холодные белые карлики, по нашим лучшим оценкам, потеряли меньше 0,2% от их полного тепла с момента создания. А для белого карлика температурой в 20 000 градусов это будет означать падение температуры до 19 960 градусов, то есть незначительное.

Забавно представлять нашу Вселенную, наполненную звездами, которые объединены галактиками, разделенными гигантскими расстояниями. К тому времени, когда появится первый черный карлик, наша местная группа сольется в одну галактику, большая часть звезд выгорит, останутся лишь маломассивные красные и тусклые звезды.

Когда звезды совсем погаснут!?

Кроме того, каждая другая галактика за пределами нашей собственной навсегда исчезнет из зоны нашей досягаемости, благодаря темной энергии. Шансы на появление жизни в нашей Вселенной будут уменьшаться, а трупики звезд будут выбрасываться из нашей галактики вследствие гравитационных взаимодействий быстрее, чем будут образовываться новые.

Когда звезды совсем погаснут!?

И все же среди этого всего родится новый объект, которого пока наша Вселенная не знала. Даже если мы никогда не увидим его, мы знаем, какова будет его природа, как и почему он появится. И это, уже само по себе, остается удивительной способностью науки. опубликовано econet.ru

 

Источник: http://econet.ru/

Комментарии (Всего: 0)

Добавить комментарий

Что-то интересное

    Больше материалов
    Больше материалов
  • facebook
    Нажмите Нравится,
    чтобы читать Econet.ru в Facebook
    Спасибо, я уже с Econet.ru!