Igaüks meist vähemalt kord oma elus vaatas tähistaevast. Keegi vaatas seda ilu, romantilisi tundeid, teine püüdis mõista, kust pärineb see ilu. Elu kosmoses, erinevalt meie planeedi elust, voolab erinev kiirus. Aeg kosmoses elab oma kategooriates, universumi kaugused ja suurused on tohutud. Me harva mõtleme sellele, et meie silmis arenevad pidevalt galaktikad ja tähed. Iga lõputu ruumi objekt on teatud füüsiliste protsesside tulemus. Galaktikatel, tähtedel ja isegi planeetidel on peamised arenguetapid.
Meie planeedi ja me kõik sõltume meie valgust. Kui kaua päikest rõõmustab meie soojus, hingamine päikesesüsteemi? Mis ootab meid tulevikus miljoneid ja miljardeid aastaid? Sellega seoses on uudishimulik rohkem teada saada, millised on astronoomiliste objektide evolutsiooni etapid, kust tähed tulevad ja kuidas nende imeliste tulede elu öösel taevas lõpeb.
Tähtede päritolu, sünd ja areng
Meie Linnutee galaktikat ja kogu Universumit elavate tähtede ja planeetide areng on enamasti hästi uuritud. Füüsika seadused, mis aitavad mõista kosmiliste objektide päritolu, töötavad kosmoses ebamugavalt. Sellisel juhul võetakse aluseks suures Pauku teooria, mis on nüüdseks domineeriv doktriin Universumi päritolu protsessi kohta. Üritust, mis raputas universumit ja viis universumi kujunemiseni kosmosestandardite, välkkiire abil. Ruum, alates tähe sünnist kuni surmani, möödub hetkest. Suured vahemaad loovad universumi püsivuse illusiooni. Tärniga, mis kaugel paistis, särab meid miljardeid aastaid, sel ajal ei pruugi see olla.
Galaktikate ja tähtede evolutsiooni teooria on Suure Paugu teooria areng. Tärnide sündi ja tähe süsteemide tekkimine on erineva ulatuse ja ajastuse poolest, mida erinevalt universumist tervikuna võib täheldada kaasaegsete teaduse vahenditega.
Tähtede elutsükli uurimine on võimalik meie lähima valguse näitel. Päike on meie nägemisala üks sadu triljoneid tähti. Lisaks annab kaugus Maast Päikeseni (150 miljonit km) ainulaadne võimalus objekti uurimiseks ilma Solar süsteemi piiridest lahkumata. Saadud teave võimaldab üksikasjalikult mõista, kuidas teised tähed on paigutatud, kui kiiresti need hiiglaslikud soojusallikad on ammendunud, millised on tähtede arengu etapid ja milline saab olema selle hiilgava elu lõpp - vaikne ja hämar või vahuvein.
Pärast suurt põrutust moodustasid väikesed osakesed tähtedevahelised pilved, millest sai “haigla” triljoneid tähti. On iseloomulik, et kõik tähed sündisid samaaegselt kokkutõmbumise ja laienemise tulemusena. Kosmilise gaasi pilvedes tekkis kokkusurumine tema enda gravitatsiooni ja sarnaste protsesside mõjul naabruses asuvatel uutel tähtedel. Laienemine on tekkinud tähtedevahelise gaasi siserõhu ja gaasipilve sees olevate magnetväljade mõjul. Samal ajal pöördus pilv vabalt oma massikeskme ümber.
Pärast plahvatust moodustunud gaasipilved on 98%, mis koosnevad aatomi- ja molekulaarvesinikust ja heeliumist. Ainult 2% selles masinas on tolm ja tahked mikroskoopilised osakesed. Varem arvati, et mis tahes tähe keskel asub raua tuum, mida kuumutatakse miljoni kraadi temperatuurini. See aspekt selgitas valgustite suurt massi.
Füüsiliste jõudude opositsioonis valitsesid survetugevused, sest energia vabanemisest tulenev valgus ei tungi gaasipilusse. Valgus koos osa eraldunud energiast levib väljapoole, tekitades negatiivse temperatuuri ja madala rõhu tsooni tihedas gaasi kogunemisel. Sellises olekus on kosmiline gaas kiiresti kokkusurutud, gravitatsioonilise tõmbejõu mõju toob kaasa asjaolu, et osakesed hakkavad moodustama tähtsaid aineid. Kui gaasiklaster on tihe, viib intensiivne kokkusurumine täheklastri moodustumiseni. Kui gaasipilve suurus on ebaoluline, viib kompressioon ühe tähe moodustumiseni.
Lühike kirjeldus sellest, mis toimub, on, et tähe tulevik läbib kaks etappi - kiire ja aeglane kompressioon protostaari olekusse. Lihtne ja arusaadavas keeles rääkides on kiire kokkusurumine tähemärkide langus protostaari keskele. Protostari moodustunud keskme taustal toimub aeglane kompressioon. Järgmise saja tuhande aasta jooksul väheneb uus kujundus ja selle tihedus suureneb miljoneid kordi. Järk-järgult muutub protostaar läbipaistmatuks tänu suurte tähtede tihedusele ja pidev kompressioon käivitab sisemiste reaktsioonide mehhanismi. Sisemise rõhu ja temperatuuri kasv põhjustab tulevase tähe tulevase raskuskeskme moodustumiseni.
Selles olekus jääb protostaar miljoneid aastaid, andes aeglaselt soojust ja järk-järgult väheneb, vähenedes. Selle tulemusena tekivad uue tähe kontuurid ja selle aine tihedus on võrreldav vee tihedusega.
Meie tähe tihedus on keskmiselt 1,4 kg / cm3 - peaaegu sama, mis soolane Dead Sea vee tihedus. Päikese keskel on tihedus 100 kg / cm3. Tähemärk ei ole vedelas olekus, vaid on plasma kujul.
Umbes 100 miljoni K suurema rõhu ja temperatuuri mõjul algavad vesinikutsükli termotuumareaktsioonid. Kompressioon lakkab, objekti mass suureneb, kui gravitatsiooni energia muutub vesiniku termotuumapõletuseks. Sellest hetkest alates hakkab uus täht kiirgama energiat.
Ülalkirjeldatud tähe moodustamine on vaid primitiivne skeem, mis kirjeldab tähe evolutsiooni ja sündi algusetappi. Tänapäeval on sellised protsessid meie galaktikas ja kogu Universumis peaaegu täheldamatud tähe materjali intensiivse ammendumise tõttu. Meie galaktika tähelepanekute kogu teadliku ajaloo kohta on täheldatud ainult eraldiseisvaid tähti. Universumi skaalal saab seda arvu suurendada sadu ja tuhandeid kordi.
Enamik nende elust, protostaarid on inimeste silmadest peidetud tolmu kestaga. Tuuma emissiooni võib täheldada ainult infrapunapiirkonnas, mis on ainus viis tähe sündi nägemiseks. Näiteks 1967. aastal avastasid Orioni udu astronoomilised teadlased uue tähe, mille kiirgustemperatuur oli 700 kraadi. Seejärel selgus, et protostaaride sünnikoht on kompaktsed allikad, mis on kättesaadavad mitte ainult meie galaktikas, vaid ka mujal maailmas asuvatest universumi osadest. Lisaks infrapunakiirgusele märgitakse uute tähtede sünnikohtades intensiivseid raadiosignaale.
Tähtede õppimise ja evolutsiooni protsess
Tähtede teadmise kogu protsessi võib jagada mitmeks etapiks. Alguses määrake tähe kaugus. Teave selle kohta, kui kaugel täht on meilt, kui kaua valgus läheb sellest, annab ülevaate sellest, mis tähtega selle aja jooksul juhtus. Pärast seda, kui inimene oli õppinud kaugustelt kaugust mõõtma, sai selgeks, et tähed on samad päikesed, ainult erineva suurusega ja erinevate saatustega. Teades kaugust tähe, valguse taseme ja kiirgatava energia koguse abil saab jälgida tähe termotuumasünteesi protsessi.
Pärast tähe kauguse määramist võib spektraalanalüüsi abil arvutada tähe keemilise koostise ja selgitada välja selle struktuuri ja vanuse. Tänu spektrograafi välimusele on teadlased suutnud uurida tähtede valgust. See seade saab kindlaks määrata ja mõõta tähtede tähtsust, mida täht on oma eksistentsi eri etappides.
Päikese ja teiste tähtede energia spektraalanalüüsi uurides jõudsid teadlased järeldusele, et tähtede ja planeetide arengul on ühised juured. Kõigil kosmilistel kehadel on sama tüüpi, sarnane keemiline koostis ja need on saadud samast ainest, mis tuleneb Big Bang'ist.
Tähemärk koosneb samadest keemilistest elementidest (kuni rauda) nagu meie planeedil. Ainus erinevus on nende või teiste elementide arvus ja päikesel ja maakera sees olevates protsessides. See eristab tähed teistest universumi objektidest. Tähtede päritolu tuleks kaaluda ka teise füüsilise distsipliini - kvantmehaanika - kontekstis. Selle teooria kohaselt koosneb tähendusmaterjali määrav asi pidevalt jagavatest aatomitest ja elementaarosakestest, mis loovad oma mikrokosmi. Selles valguses on tähendus tähtede struktuur, koostis, struktuur ja areng. Nagu selgus, on meie tähe ja paljude teiste tähtede põhimass ainult kaks elementi - vesinik ja heelium. Tähe struktuuri kirjeldav teoreetiline mudel võimaldab mõista nende struktuuri ja peamist erinevust teistest ruumiobjektidest.
Peamine tunnus on see, et paljudel universumi objektidel on teatud suurus ja kuju, samas kui täht võib selle suuruse muutuda. Kuum gaas on aatomite ühend, mis on nõrgalt üksteisega seotud. Miljonid aastad pärast tähe moodustumist algab tähematerjali pinnakihi jahutamine. Tärn annab suurema osa oma energiast kosmoses, vähenedes või suurenedes. Soojuse ja energia ülekanne toimub tähe sisepiirkondadest pinnale, mõjutades kiirguse intensiivsust. Teisisõnu, sama täht erinevatel perioodidel oma eksisteerimisel on erinev. Vesinikutsükli reaktsioonidel põhinevad termotuumased protsessid aitavad kaasa kergete vesinikuaatomite muutumisele raskemateks elementideks - heeliumiks ja süsinikuks. Astrofüüsikute ja tuumaenergiateadlaste sõnul on selline termotuumareaktsioon kõige efektiivsem vabaneva soojuse osas.
Miks ei lõpeta tuuma termotuumasünteesi sellise reaktori plahvatusega? Asi on selles, et selle gravitatsioonivälja jõud suudavad stabiliseeritud mahu piires tähistada tähtkuju. Sellest saame teha ühemõttelise järelduse: iga täht on massiivne keha, mis säilitab oma suuruse raskusjõudude ja termotuumareaktsioonide energia vahelise tasakaalu tõttu. Selle ideaalse loodusliku mudeli tulemus on soojusallikas, mis võib töötada pikka aega. Eeldatakse, et esimesed eluvormid ilmusid Maa peal 3 miljardit aastat tagasi. Neil päevadel päike soojendas meie planeedi just nagu praegu. Järelikult on meie täht muutunud vähe, vaatamata sellele, et kiiritatud soojus- ja päikeseenergia ulatus on tohutu - rohkem kui 3-4 miljonit tonni sekundis.
On lihtne arvutada, kui palju on meie aastate jooksul meie täht kaotanud kaalu. See on suur näitaja, kuid selle tohutu massi ja suure tiheduse tõttu näivad sellised kaotused üle kogu Universumi ebaolulised.
Tähtede arengu etapid
Tähe saatus sõltub tähe algmassist ja selle keemilisest koostisest. Niikaua kui vesiniku põhivarud on koondunud südamikku, on täht nn peamises järjestuses. Niipea, kui täheldati tähe suurust, tähendab see, et termotuumasünteesi peamine allikas on kuivanud. Algas pikk taevase keha ümberkujundamise tee.
Universumi valgustid on algselt jagatud kolme kõige levinumaks:
- tavalised tähed (kollased kääbus);
- kääbustähed;
- hiiglaslikud tähed.
Madala massiga (kääbus) tähed põletavad aeglaselt vesinikuhoidjaid ja elavad üsna rahulikult.
Sellised tähed on universumis enamus ja meie täht on kollane kääbus. Vananemise alguses muutub kollane kääbus punaseks hiiglaseks või supergiantiks.
Tärnide päritolu teooria põhjal ei ole tähtede moodustamine universumis lõppenud. Meie galaktika kõige heledamad tähed ei ole mitte ainult suurimad päikesega, vaid ka kõige nooremate. Astrofüüsikud ja astronoomid nimetavad neid tähti sinisteks supergiaanideks. Lõpuks seisavad nad silmitsi sama saatusega, mis kogeb triljoneid teisi tähti. Esiteks, kiire sünnitus, geniaalne ja kohutav elu, mille järel saabub aeglane lagunemine. Sellistel tähtedel nagu Pühal on pikk elutsükkel, mis on põhijoonel (keskosas).
Kasutades tähe massi andmeid, võime endale selle arengu evolutsiooni. Selle teooria illustreeriv näide on meie tähe areng. Miski pole igavene. Termotuumasünteesi tulemusena konverteeritakse vesinik heliumiks, seega tarbitakse ja vähendatakse selle esialgseid varusid. Vahel, varsti need varud otsa saavad. Otsustades asjaolu, et meie päike paistab enam kui 5 miljardit aastat ilma suuruse muutmata, võib tähe küps vanus püsida veel umbes samal perioodil.
Vesiniku varude ammendumine toob kaasa asjaolu, et gravitatsiooni mõjul hakkab päikese südamik kiiresti vähenema. Südamiku tihedus muutub väga kõrgeks, mille tulemusena liiguvad termotuuma protsessid südamikku külgnevatesse kihtidesse. Sellist seisundit nimetatakse kokkuvarisemiseks, mis võib olla põhjustatud tähtkuju ülemistest kihtidest termo-tuuma reaktsioonidest. Kõrgsurve tagajärjel käivitub heliumiga seotud termotuumareaktsioonid.
Vesiniku ja heeliumi pakkumine tähe selles osas kestab miljoneid aastaid. Ei ole väga varsti, et vesiniku varude ammendumine toob kaasa kiirguse intensiivsuse suurenemise, kesta suuruse suurenemise ja tähe suuruse. Selle tulemusena muutub meie päike väga suureks. Kui me kujutame seda pilti kümnete miljardite aastate jooksul, siis pimestava heleda ketta asemel riputatakse taevasse kuuma punase ketta, millel on hiiglaslikud suurused. Punased hiiglased on tähe evolutsiooni loomulik faas, selle ülemineku staatus muutuvate tähtede kategooriasse.
Selle ümberkujundamise tulemusena väheneb maa kaugus päikesest, nii et Maa satub päikese korona mõjuvööndisse ja hakkab selles “röstima”. Temperatuur planeedi pinnal suureneb kümnekordselt, mis viib atmosfääri kadumiseni ja vee aurustumiseni. Selle tulemusena muutub planeet elavaks kiviseks kõrbeks.
Tähtede arengu viimased etapid
Olles jõudnud punase hiiglase faasi, muutub normaalne täht valgeks kääbuseks gravitatsiooniprotsesside mõjul. Kui tähe mass on ligikaudu võrdne meie päikese massiga, siis kõik selle peamised protsessid toimuvad vaikselt, ilma impulsside ja plahvatusohtlike reaktsioonideta. Valge kääbus sureb pikka aega, tuhmuma.
Juhul, kui täht algselt oli rohkem kui päikesekiirusel 1,4 korda, ei ole valge kääbus viimane etapp. Suure massi sees tähed hakkavad tähematerjali tihendamise protsessid algama aatomi, molekulaarse tasemega. Prootonid muutuvad neutroniteks, tähe tihedus suureneb ja selle suurus väheneb kiiresti.
Teaduslikult tuntud neutronite tähed on läbimõõduga 10-15 km. Selliste väikeste mõõtmetega on neutronitäht suur. Üks kuupmeetri sentaarne aine võib kaaluda miljardeid tonne.
Juhul kui me algselt tegelesime suure massiga tärniga, siis lõpeb evolutsiooni viimane etapp teistega. Massiivse tähe saatus - must auk - objekt, millel on uurimata loodus ja ettearvamatu käitumine. Tärni tohutu mass aitab kaasa gravitatsioonijõudude suurenemisele, mis panevad survetugevused liikuma. Selle protsessi peatamine ei ole võimalik. Aine tihedus suureneb, kuni see muutub lõpmatuseks, moodustades ainulaadse ruumi (Einsteini suhtelisuse teooria). Sellise tähe raadius muutub lõpuks nulliks, saades kosmoses musta auku. Mustad augud oleksid palju suuremad, kui ruumis enamik ruumist oleksid hõivatud massiivsete ja supermassivate tähtedega.
Tuleb märkida, et punase hiiglase muutumisel neutronitäheks või mustaks auks saab Universum ellu jääda ainulaadse nähtuse - uue kosmoseobjekti sündi.
Supernova sündimine on tähtede evolutsiooni kõige muljetavaldavam viimane etapp. Здесь действует естественный закон природы: прекращение существование одного тела дает начало новой жизни. Период такого цикла, как рождение сверхновой, в основном касается массивных звезд. Израсходовавшиеся запасы водорода приводят к тому, что в процесс термоядерного синтеза включается гелий и углерод. В результате этой реакции давление снова растет, а в центре звезды образуется ядро железа. Под воздействием сильнейших гравитационных сил центр массы смещается в центральную часть звезды. Ядро становится настолько тяжелым, что неспособно противостоять собственной гравитации. Как следствие, начинается стремительное расширение ядра, приводящее к мгновенному взрыву. Рождение сверхновой - это взрыв, ударная волна чудовищной силы, яркая вспышка в бескрайних просторах Вселенной.
Следует отметить, что наше Солнце не является массивной звездой, поэтому подобная судьба ее не грозит, не стоит бояться такого финала и нашей планете. В большинстве случаев взрывы сверхновых происходят в далеких галактиках, с чем и связано их достаточно редкое обнаружение.
В заключение
Эволюция звезд - это процесс, который растянут по времени на десятки миллиардов лет. Наше представление о происходящих процессах - всего лишь математическая и физическая модель, теория. Земное время является лишь мгновением в огромном временном цикле, которым живет наша Вселенная. Мы можем только наблюдать то, что происходило миллиарды лет назад и предполагать, с чем могут столкнуться последующие поколения землян.
