Эволюция звезд: Страница 2

Оглавление статей
Эволюция звезд
Страница 2
Страница 3

Страница 2 из 3

 

 

Вернемся к рассмотрению процессов, происходящих при рождении звезды: она продолжает сжиматься, сжатие сопровождается возрастанием температуры. Температура ползет и ползет вверх, и вот огромный газовый шар начинает светиться, его уже можно наблюдать на фоне темного ночного неба как тусклый красноватый диск. Значительная доля энергии его излучения по-прежнему приходится на инфракрасную область спектра. Но это еще не звезда. По мере того как вещество протозвезды уплотняется, оно все быстрее падает к центру, разогревая ядро звезды до все более высоких температур. Наконец температура достигает 10 млн. К, и тогда начинают протекать термоядерные реакции — источник энергии всех звезд во Вселенной. Как только термоядерные процессы включаются в действие, космическое тело превращается в полноценную звезду.

Сжимаясь, пыль и газ образуют протозвезду; ее вещество представляет собой типичный образец вещества окружающей нас части космического пространства. Говоря об образце вещества Вселенной, мы подразумеваем, что этот кусочек межзвездной среды на 89% состоит из водорода, на 10% — из гелия; такие элементы, как кислород, азот, углерод, неон и т. п. составляют в нем менее 1 %, а все металлы, вместе взятые,— не более 0,25%. Таким образом, звезда в основном состоит из тех элементов, которые чаще всего встречаются во Вселенной. И поскольку богаче всего во Вселенной представлен водород, то, конечно, любые термоядерные реакции должны протекать с его участием. Кое-где встречаются уголки космического пространства с повышенным содержанием тяжелых элементов, но это лишь местные аномалии — остатки давних звездных взрывов, разбросавших и рассеявших в окрестности тяжелые элементы. Мы не будем останавливаться на таких аномальных областях с повышенной концентрацией тяжелых элементов, а сосредоточим внимание на звездах, состоящих в основном из водорода.

Когда температура в центре протозвезды достигает 10 млн. К, начинаются сложные (но детально изученные) термоядерные реакции, в ходе которых из ядер водорода (протонов) образуются ядра гелия; каждые четыре протона, объединяясь, создают атом гелия. Сначала, когда соединяются друг с другом два протона, возникает атом тяжелого водорода, или дейтерия. Затем последний сталкивается с третьим протоном, и в результате реакции рождается легкий изотоп гелия, содержащий два протона и один нейтрон. В сумятице, которая царит в ядре звезды, быстро движущиеся атомы легкого гелия иногда сталкиваются друг с другом, в результате чего появляется атом обычного гелия, состоящий из двух протонов и двух нейтронов. Два лишних протона возвращаются обратно в горячую смесь, чтобы когда-нибудь опять вступить в реакцию, порождающую гелий. В этом процессе около 0,7% массы превращается в энергию. Описанная цепочка реакций — один из важных термоядерных циклов, протекающих в ядрах звезд при температуре около 10 млн. К.

Некоторые астрономы считают, что при более низких температурах могут протекать другие реакции, в которых участвуют литий, бериллий и бор. Но они тут же делают оговорку, что если такие реакции и имеют место, то их относительный вклад в генерацию энергии незначителен.

Когда температура в недрах звезды снова увеличивается, в действие вступает еще одна важная реакция, в которой в качестве катализатора участвует углерод. Начавшись с водорода и углерода-12, такая реакция приводит к образованию азота-13, который спонтанно распадается на углерод-13 — изотоп углерода, более тяжелый, чем тот, с которого реакция начиналась. Углерод-13 захватывает еще один протон, превращаясь в азот-14. Последний подобным же путем становится кислородом-15. Этот элемент также неустойчив и в результате спонтанного распада превращается в азот-15. И наконец, азот-15, присоединив к себе четвертый протон, распадается на угле-род-12 и гелий.

Таким образом, побочным продуктом этих термоядерных реакций является углерод-12, который может вновь положить начало реакциям данного типа. Объединение четырех протонов приводит к образованию одного атома гелия, а разница в массе четырех протонов и одного атома гелия, составляющая около 0,7% от первоначальной массы, проявляется в виде энергии излучения звезды. На Солнце каждую секунду 564 млн. т водорода превращается в 560 млн. т гелия, а разница — 4 млн. т вещества — превращается в энергию и излучается в пространство.

Важно, что механизм генерации энергии в звезде зависит от температуры. Именно температура ядра звезды определяет скорость процессов. Астрономы считают, что при температуре около 13 млн. К углеродный цикл относительно несуществен. Следовательно, при такой температуре преобладает протон-протонный цикл. При увеличении температуры до 16 млн. К, вероятно, оба цикла дают равный вклад в  процесс  генерации  энергии.   Когда  же температура ядра поднимается выше 20 млн. К, преобладающим становится углеродный цикл.

Как только энергия звезды начинает обеспечиваться за счет ядерных реакций, гравитационное сжатие, с которого начался весь процесс, прекращается. Теперь самоподдерживающаяся реакция может продолжаться в течение времени, длительность которого зависит от начальной массы звезды и составляет примерно от 1 млн. лет до 100 млрд. лет и больше. Именно в этот период звезда достигает главной последовательности и начинает свою долгую жизнь, протекающую почти без изменений. Целую вечность проводит звезда в этой стадии. Ничего особенного с ней не происходит, она не привлекает к себе пристального внимания. Теперь это всего-навсего полноценный член звездной колонии, затерянный среди множества собратьев. Однако процессы, протекающие в ядре звезды, несут в себе зародыши ее грядущего разрушения.

Когда дерево или уголь сгорают в камине, выделяется тепло, а в качестве продуктов отхода образуются дым и зола. В «камине» звездного ядра водород — это уголь, а гелий — зола. Если из камина время от времени не удалять золу, то она может забить его и огонь потухнет.

Если в ядре звезды вещество не перемешивается, в термоядерных реакциях начинают принимать участие слои, непосредственно примыкающие к гелиевому ядру, что обеспечивает звезду энергией. Однако со временем запасы водорода в этих слоях иссякают и ядро разрастаемся все больше и больше. Наконец достигается состояние,, когда в ядре совсем не остается водорода. Обычные реакции превращения водорода в гелий прекращаются; звезда покидает главную последовательность и вступает в сравнительно короткий (но интересный) отрезок своего жизненного пути, Отмеченный необычайно бурными реакциями.

Когда водорода становится мало и он больше не может участвовать в реакциях, источник энергии иссякает. Но, как мы уже знаем, звезда представляет собой тонко сбалансированный механизм, в котором давление, раздувающее звезду изнутри, полностью уравновешено гравитационным притяжением. Следовательно, когда генерация энергии ослабевает, давление излучения резко падает и силы тяготения начинают сжимать звезду. Снова происходит падение вещества к ее центру, во многом напоминающее то, с которого началось рождение протозвезды.

Энергия, возникающая при гравитационном сжатии, намного больше энергии, выделяемой теперь в ядерных реакциях, а раз так, то звезда начинает быстро сжиматься. В результате верхние слои звезды нагреваются, она снова расширяется и растет в размерах до тех пор, пока внешние слои не станут достаточно разреженными, лучше пропускающими излучение звезды. Полагают, что звезда типа Солнца может увеличиться настолько, что заполнит орбиту Меркурия. После того как звезда начинает расширяться, она покидает главную последовательность и, как мы уже видели, дни ее теперь сочтены. С этого момента жизнь звезды начинает клониться к закату.

« ПредыдущаяСлед. »

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все о космосе
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: