Зміст
- Становлення протостар
- Термоядерна іскра життя
- Життєвий цикл малих зірок: основна послідовність
- Пост-головна послідовність - Золоті роки
- Зіркові розміри зірок розширюються, щоб стати планетарними туманностями
- Що залишилося - це білий гном
- Маса впливає на життєвий цикл
Зірки справді народжуються з зіркового пилу, а тому, що зірки - це фабрики, які виробляють усі важкі елементи, наш світ і все, що в ньому, також походить від зоряного пилу.
Хмари його, що складаються здебільшого з молекул газу водню, пливуть навколо в немислимій холодному просторі, поки гравітація не змусить їх впасти на себе і утворювати зірки.
Всі зірки створені рівними, але, як і люди, вони бувають у багатьох варіаціях. Основна визначальна характеристика зірки - кількість зіркового пилу, що бере участь у її утворенні.
Деякі зірки дуже великі, і вони мають коротке, вражаюче життя, а інші настільки малі, що у них ледве вистачає маси, щоб стати зіркою в першу чергу, і вони мають надзвичайно довге життя. Життєвий цикл зірки, як пояснюють НАСА та інші космічні влади, сильно залежить від маси.
Зірки приблизно розміром нашого сонця вважаються маленькими зірками, але вони не такі маленькі, як червоні гноми, які мають масу приблизно вдвічі меншої від сонця і настільки ж близькі до того, щоб бути вічним, як може отримати зірка.
Життєвий цикл зірки низької маси, як Сонце, яка класифікується як G-тип, головна зірка послідовності (або жовтий карлик), триває близько 10 мільярдів років. Хоча зірки такого розміру не стають надновими, вони закінчують своє життя драматично.
Становлення протостар
Гравітація, таємнича сила, яка тримає наші ноги приклеєними до землі, а планети крутяться на своїх орбітах, відповідає за утворення зірок. У хмарах міжзоряного газу та пилу, що плавають навколо Всесвіту, гравітація зливає молекули в невеликі скупчення, які вириваються з батьківських хмар і стають протостарями. Іноді колапс спричиняється космічною подією, наприклад, надновою.
Завдяки своїй збільшенній масі протостари здатні залучати більше зіркового пилу. Збереження імпульсу призводить до того, що руйнується речовина утворює обертовий диск, а температура збільшується через підвищення тиску та кінетичної енергії, що виділяється молекулами газу, залученими до центру.
Вважається, що серед інших місць в туманності Оріона є кілька протостарів. Дуже дифузні занадто дифузні, щоб їх було видно, але вони з часом стають непрозорими, коли вони зростаються. У цьому випадку накопичення речовини вловлює інфрачервоне випромінювання в ядрі, що додатково підвищує температуру і тиск, врешті-решт запобігаючи потраплянню більшої кількості речовини в ядро.
Конверт зірки продовжує приваблювати матерію і рости, однак, поки не станеться щось неймовірне.
Термоядерна іскра життя
Важко повірити, що гравітація, яка є порівняно слабкою силою, може спричинити ланцюг подій, що призводить до термоядерної реакції, але ось що відбувається. Коли протостар продовжує накопичувати речовину, тиск в ядрі стає настільки інтенсивним, що водень починає зливатися в гелій, а протостар стає зіркою.
Поява термоядерної активності створює інтенсивний вітер, який імпульсує від зірки вздовж осі обертання. Матеріал, що циркулює по периметру зірки, викидається цим вітром. Це фаза Т-Таурі утворення зірок, яка характеризується енергійною поверхневою активністю, включаючи спалахи та виверження. Зірка може втратити до 50 відсотків своєї маси під час цієї фази, що для зірки розміром із сонцем триває кілька мільйонів років.
Врешті-решт матеріал по периметру зірок починає розсіюватися, і те, що залишається зливається в планети. Сонячний вітер стихає, і зірка осідає в період стійкості на основній послідовності. У цей період зовнішня сила, що утворюється в результаті реакції синтезу водню в гелій, що виникає в ядрі, врівноважує внутрішнє тяжіння, і зірка не втрачає і не набирає речовини.
Життєвий цикл малих зірок: основна послідовність
Більшість зірок на нічному небі є основними зірками послідовності, оскільки цей період є найдовшим за тривалість життя будь-якої зірки. Перебуваючи в основній послідовності, зірка вливає водень у гелій, і вона продовжує це робити, поки його водне паливо не вичерпається.
Реакція синтезу відбувається швидше у масивних зірок, ніж у менших, тому масивні зірки горять гарячіше, білим або синім світлом, і вони горять коротший час. Тоді як зірка розміром із Сонця триватиме 10 мільярдів років, супер масивний блакитний гігант може тривати лише 20 мільйонів.
Взагалі два типи термоядерних реакцій відбуваються в зірках основної послідовності, але в менших зірках, таких як Сонце, відбувається лише один тип: протонно-протонна ланцюг.
Протони є водневими ядрами, і в ядрі зірок вони рухаються досить швидко, щоб подолати електростатичну відштовхування і стикаються, утворюючи ядра гелію-2, вивільняючи v-нейтрино та позитрон у процесі. Коли інший протон стикається з новоутвореним гелієм-2 ядра, вони зливаються в гелій-3 і вивільняють гамма-фотон. Нарешті, два ядра гелію-3 стикаються, щоб створити одне ядро гелію-4 та ще два протони, які продовжують продовжувати ланцюгову реакцію, тому загалом протонна-протонна реакція споживає чотири протони.
Один під ланцюг, що виникає в рамках основної реакції, виробляє берилій-7 та літій-7, але це перехідні елементи, які поєднуються після зіткнення з позиттроном для створення двох ядер гелію-4. Інша під-ланцюг виробляє берилій-8, який нестабільний і мимовільно розпадається на два ядра гелію-4. Ці підпроцеси становлять близько 15 відсотків загального виробництва енергії.
Пост-головна послідовність - Золоті роки
Золоті роки життєвого циклу людини - це ті, в яких енергія починає згасати, і те саме стосується зірки. Золоті роки для зірки з низькою масою трапляються, коли зірка споживає все водневе паливо в своєму ядрі, і цей період також відомий як пост-основна послідовність. Реакція синтезу в ядрі припиняється, а зовнішня оболонка гелію руйнується, створюючи теплову енергію, оскільки потенційна енергія в оболонці, що руйнується, перетворюється на кінетичну енергію.
Зайве тепло змушує водень у оболонці знову почати плавитись, але цього разу реакція виробляє більше тепла, ніж це було, коли це відбулося лише в ядрі.
Злиття шару водневої оболонки виштовхує краї зірки назовні, а зовнішня атмосфера розширюється і охолоджується, перетворюючи зірку в червоного гіганта. Коли це станеться із Сонцем приблизно через 5 мільярдів років, воно розширить половину відстані до Землі.
Розширення супроводжується підвищенням температури в ядрі, оскільки більше гелію потрапляє в реакції синтезу водню, що відбуваються в оболонці. Він стає настільки гарячим, що в ядрі починається злиття гелію, виробляючи берилій, вуглець і кисень, і як тільки ця реакція (називається спалахом гелію), вона швидко поширюється.
Після вичерпання гелію в оболонці ядро невеликого зіркового нахилу генерує достатньо тепла для злиття створених важчих елементів, і оболонка, що оточує серцевину, знову руйнується. Цей колапс генерує значну кількість тепла - достатнього, щоб почати синтез гелію в оболонці - і нова реакція починає новий період розширення, протягом якого радіус зірок збільшується в 100 разів більше від початкового радіуса.
Коли наше Сонце досягне цієї стадії, воно розшириться за орбіту Марса.
Зіркові розміри зірок розширюються, щоб стати планетарними туманностями
Будь-яка історія життєвого циклу зірки для дітей повинна містити пояснення планетарних туманностей, оскільки вони є одними з найяскравіших явищ у Всесвіті. Термін планетарна туманність є неправильним, оскільки він не має нічого спільного з планетами.
Її явище відповідає за драматичні образи Божого ока (туманність Гелікс) та інші подібні образи, що населяють Інтернет. Планетна туманність - це далеко не планетарний характер, а підпис маленької зірки.
Коли зірка розширюється до своєї другої червоної фази гіганта, ядро одночасно руйнується у надгорячий білий карлик, який є щільним залишком, який має більшу частину маси первісної зірки, упакованої у сферу розміру Землі. Білий карлик випромінює ультрафіолетове випромінювання, яке іонізує газ у розширювальній оболонці, створюючи драматичні кольори та форми.
Що залишилося - це білий гном
Планетарні туманності недовговічні, розсіюються приблизно за 20 000 років. Біла карликова зірка, яка залишається після розсіювання планетарної туманності, проте дуже довговічна. Це в основному грудка вуглецю і кисню, змішаних з електронами, які упаковані так щільно, що, як кажуть, вироджуються. Згідно із законами квантової механіки, їх не можна стиснути будь-де далі. Зірка в мільйон разів густіша за воду.
Жодних реакцій синтезу всередині білого карлика не відбувається, але він залишається гарячим завдяки своїй невеликій поверхні, що обмежує кількість енергії, яку він випромінює. Врешті-решт він охолоне і стане чорним, інертним грудком вуглецю та вироджених електронів, але на це піде від 10 до 100 мільярдів років. Всесвіт ще недостатньо стара, щоб це ще сталося.
Маса впливає на життєвий цикл
Зірка розміром із сонцем стане білим карликом, коли споживає водневе паливо, але одна з масою в його ядрі в 1,4 рази більше за розмір сонця переживає іншу долю.
Зірки з цією масою, яка відома як межа Чандрасехара, продовжують руйнуватися, оскільки сили тяжіння достатньо для подолання зовнішнього опору виродження електронів. Замість того, щоб стати білими карликами, вони стають нейтронними зірками.
Оскільки межа маси Чандрасехара поширюється на ядро після того, як зірка випромінювала більшу частину своєї маси, а оскільки втрачена маса значна, то зірка повинна мати приблизно вісім разів більше маси сонця, перш ніж вона вступить у фазу червоного гіганта, щоб стати нейтронна зірка.
Червоні карликові зірки - це ті, що мають масу від половини до трьох чвертей сонячної маси. Вони найкрутіші з усіх зірок і не накопичують стільки гелію в своїх ядрах. Отже, вони не розширюються і стають червоними гігантами, коли вичерпали ядерне паливо. Натомість вони стискаються безпосередньо до білих карликів без утворення планетарної туманності. Оскільки ці зірки горять так повільно, пройде ще довгий час - можливо, цілих 100 мільярдів років - перш ніж одна з них пройде цей процес.
Зірки масою менше 0,5 сонячних мас відомі як бурі карлики. Вони взагалі насправді не зорі, тому що, коли вони утворилися, вони не мали достатньої маси, щоб ініціювати синтез водню. Сили тяжіння при стисненні дійсно генерують достатню кількість енергії для випромінювання таких зірок, але її ледь помітне світло на дальньому червоному кінці спектра.
Оскільки немає споживання палива, то це ніщо не заважає такій зірці залишатися саме такою, якою вона є, поки триває Всесвіт. У найближчому сусідстві Сонячної системи могло бути одне чи багато з них, і тому, що вони світять так тьмяно, ніколи не знаю, що вони там були.