Добавлен: 06.11.2023
Просмотров: 153
Скачиваний: 9
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Так начинается процесс звёздного формирования. На его конечном этапе объект называют протозвездой. Вроде уже и не просто облако, но еще и не полноценное светило. Во время сжатия температура таких газовых облаков резко увеличивается. Из-за этого, в свою очередь, внутри них начинают происходить термоядерные реакции синтеза гелия из водорода.
Состав и плотность галактической среды.
Относительно земных условий межзвездное пространство – это глубочайший вакуум. Но в галактических масштабах подобная чрезвычайно разреженная среда с характерной плотностью порядка 1 атома на кубический сантиметр – это газ и пыль, причем соотношение их в составе межзвездной среды – 99 к 1.
Главным компонентом газа является водород (около 90% состава, или 70% массы), есть также гелий (приблизительно 9%, а по массе – 28%) и в малых количествах прочие вещества. Кроме того, к межзвездной галактической среде относят потоки космических лучей и магнитные поля.
Газ и пыль в пространстве галактик распределены весьма неоднородно. Межзвездный водород, в зависимости от условий, в которых он находится, может иметь разную температуру и плотность: от сильно разреженной плазмы с температурой порядка десятков тысяч кельвин до ультрахолодного – всего несколько кельвин – молекулярного состояния.
Области, где концентрация частиц вещества в силу каких-либо причин повышена, называются межзвездными облаками. Наиболее плотные облака, в кубическом сантиметре которых может содержаться до миллиона частиц, образованы холодным молекулярным газом. В них много пыли, поглощающей свет, поэтому их еще именуют темными туманностями. Именно к таким «космическим холодильникам» приурочены места возникновения звезд.
В спиральных галактиках, в том числе и в нашем Млечном Пути, молекулярные облака располагаются не беспорядочно, а главным образом в пределах плоскости диска – в спиральных рукавах на некотором удалении от галактического центра. Облака могут представлять собой как гигантские – в десятки и сотни световых лет – молекулярные комплексы со сложной структурой и большими перепадами плотности (например, знаменитое Облако Ориона всего в 1300 световых годах от нас), так и изолированные компактные образования, называемые глобулами Бока.
Рождение нового светила требует непременного развития в газопылевом облаке гравитационной неустойчивости. В силу различных динамических процессов внутреннего и внешнего происхождения (например, различных скоростей вращения в разных областях облака или прохождения ударной волны при взрыве сверхновой по соседству) плотность распределения вещества в облаке колеблется. Но далеко не каждая возникающая флуктуация плотности ведет к дальнейшему сжатию газа и появлению звезды. Противодействуют этому магнитные поля в облаке и турбулентность.
Область повышенной концентрации вещества должна обладать протяженностью, достаточной для того, чтобы гравитация могла противостоять силе упругости (градиенту давления) газопылевой среды. Такой критический размер называется радиусом Джинса (английский физик и астроном, заложивший в начале XX века основы теории гравитационной неустойчивости). Масса, заключенная в пределах джинсовского радиуса, также не должна быть меньше некоторой величины, и эта величина (масса Джинса) пропорциональна температуре.
Понятно, что чем холоднее и плотнее среда, тем меньше критический радиус, при котором флуктуация не сгладится, а продолжит уплотнение. Далее образование звезды протекает в несколько этапов.
Коллапс и фрагментация участка облака.
При сжатии газа выделяется энергия. На ранних фазах процесса существенно то, что уплотняющееся ядро в облаке может эффективно остывать за счет излучения в инфракрасном диапазоне, которое осуществляется в основном за счет молекул и пылевых частиц. Поэтому на этом этапе уплотнение идет быстро и становится необратимым: фрагмент облака коллапсирует. В таком сжимающемся и одновременно охлаждающемся участке, если он достаточно велик, могут возникать новые ядра конденсации вещества, так как с повышением плотности критическая джинсовская масса уменьшается, если не растет температура. Это явление называется фрагментацией; благодаря ему образование звезд чаще всего происходит не поодиночке, а в группах – ассоциациях. Длительность стадии интенсивного сжатия, согласно современным представлениям, невелика – порядка 100 тысяч лет.
Разогрев фрагмента облака и формирование протозвезды.
На некотором этапе плотность коллапсирующей области становится слишком высокой, и она теряет прозрачность, вследствие чего газ начинает нагреваться. Величина массы Джинса возрастает и сжатие под действием собственной гравитации испытывают только уже сформировавшиеся к этому времени фрагменты. В отличие от предыдущей стадии, из-за неуклонного роста температуры и, соответственно, давления газа данный этап занимает гораздо больше времени – около 50 миллионов лет.
Объект, образующийся в ходе этого процесса, называют протозвездой. Ее отличает активное взаимодействие с остаточным газопылевым веществом родительского облака.
Особенности протозвезд.
Рождающаяся звезда стремится сбросить энергию гравитационного сжатия наружу. Внутри нее развивается конвекционный процесс, а внешние слои интенсивно излучают в инфракрасном, а затем и в оптическом диапазоне, разогревая окружающий газ, что способствует его разрежению. Если происходит формирование звезды большой массы, с высокой температурой, она способна практически полностью «расчистить» пространство вокруг себя. Ее излучение будет ионизировать остаточный газ.
Из-за высокой скорости вращения горячий, частично ионизированный газ из внутренней области диска выбрасывается протозвездой в виде полярных струйных течений со скоростью в сотни километров в секунду. Эти струи, сталкиваясь с межзвездным газом, формируют ударные волны, видимые в оптической части спектра. На сегодняшний день таких феноменов – объектов Хербига–Аро – открыто уже несколько сотен.
Начало ядерного синтеза. Молодая звезда.
Когда температура в центральных областях протозвезды достигает нескольких миллионов градусов, там начинаются термоядерные реакции. Процесс рождения новой звезды на данном этапе можно считать завершившимся. Молодое светило вступает в основную стадию своей жизни, в течение которой источником ее энергии является ядерный синтез гелия из водорода. Выделение этой энергии уравновешивает гравитационное сжатие и стабилизирует звезду. Особенности протекания всех дальнейших этапов эволюции звезд определяются массой, с которой они родились, и химическим составом (металличностью), зависящим в значительной мере от состава примесей элементов тяжелее гелия в исходном облаке. Если звезда достаточно массивна, она переработает часть гелия в более тяжелые элементы – углерод, кислород, кремний и другие – которые по завершении ее жизни войдут в состав межзвездного газа и пыли и послужат материалом для формирования новых звезд.
Главная особенность заключается в том, что многие объекты во Вселенной имеют определенный размер и форму, тогда как звезда может по мере своего развития менять размер. Горячий газ представляет собой соединение атомов, слабо связанных друг с другом. Через миллионы лет после формирования звезды начинается остывание поверхностного слоя звездного вещества. Большую часть своей энергии звезда отдает в космическое пространство, уменьшаясь или увеличиваясь в размерах. Передача тепла и энергии происходит из внутренних областей звезды к поверхности, оказывая влияние на интенсивность излучения.
Другими словами, одна и та же звезда в разные периоды своего существования выглядит по-разному. Термоядерные процессы на основе реакций водородного цикла способствуют превращению легких атомов водорода в более тяжелые элементы – гелий и углерод. По мнению астрофизиков и ученых-ядерщиков, подобная термоядерная реакция является самой эффективной по количеству выделяемого тепла.
Почему же термоядерный синтез ядра не заканчивается взрывом такого реактора? Все дело в том, что силы гравитационного поля в нем могут удерживать звездное вещество в пределах стабилизированного объема.
Из этого можно сделать однозначный вывод: любая звезда представляет собой массивное тело, которое сохраняет свои размеры благодаря балансу между силами гравитации и энергией термоядерных реакций. Результатом такой идеальной природной модели является источник тепла, способный работать длительное время. Предполагается, что первые формы жизни на Земле появились 3 млрд. лет назад. Солнце в те далекие времена грело нашу планету так же, как и сейчас. Следовательно, наша звезда мало чем изменилась, несмотря на то, что масштабы излучаемого тепла и солнечной энергии колоссальны – более 3-4 млн. тонн каждую секунду.
5 Заключение
Исследуя данную тему, мною были изучены и систематизированы различные источники, сведения из которых помогают формировать представление о Вселенной и сделать вывод: звезды - это бесчисленные солнца, огромные раскаленные плазменные шары. Их мир богат и разнообразен.
Существуют звезды маленькие и большие, горячие и холодные, яркие и тусклые, чрезвычайно разреженные и необыкновенно плотные. Есть звезды, очень медленно изменяющиеся с течением времени, и звезды, на которых протекают бурные физические процессы. Есть звёзды, из которых впоследствии могут образоваться другие планеты, а может даже и другие Галактики, ещё больше, чем в которой мы живем. Некоторые из них, наоборот, за счет взрыва могут погубить одну, а может и несколько сразу Галактик (например, звезда Бетельгейзе, которая еще может образовать Черную дыру).
Образование 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.
Проведение новых исследований по звездообразованию является ключевым для расширения наших знаний о вселенной и ее возможностях.
Понимание процесса образования звезд позволяет не только расширить наши знания о космосе, но и может привести к созданию новых технологий, основанных на этих процессах. Кроме того, изучение образования звезд помогает ученым лучше понимать нашу вселенную и место в ней человечества.
6 Список используемой литературы:
1 Киселёва Н.Ю. «Планеты. Звёзды. Созвездия» Издательство «ВАКО», Москва, 2011г.
2 Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: учебник (по гуманитарным специальностям и направлениям подготовки). – М.: Альфа-М, 2006.
3 Сурдин В.Г. Рождение звезд. – М.: Эдиториал УРСС, 1999.
4 Шкловский И.С. Звезды: их рождение и смерть. – М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1984.
5 https://kosmosgid.ru/zvyozdy/evolyutsiya-zvyozd
6 https://vuzlit.ru/1444259/vvedenie
7 https://starcatalog.ru/vselennaya/rozhdenie-i-etapyi-evolyutsii-zvezd.html