Учебный год
Лекция 12
Эволюция звезд
Рождение звезд из газопылевых облаков
Звезды являются самыми распространенными объектами Вселенной, в них сосредоточено до 97% видимого вещества. Именно в звездах находится тот «плавильный котел», в котором создаются химические элементы. Первые звезды начали образовываться после того, как произошла рекомбинация ядер водорода и гелия с электронами и вещество «отделилось» от излучения. Поэтому исходным материалом, из которого рождались первые звезды, была смесь газов водорода и гелия в соотношении 70:30. В процессе эволюции звезд, о чем речь пойдет далее, в их недрах синтезировались все более тяжелые химические элементы, а при взрывах звезд эти элементы рассеивались в космическом пространстве. Так образовались гигантские газопылевые облака, заполняющие межзвездную среду и состоящие из различных газов, в первую очередь, конечно, из водорода и гелия, а также из атомов других элементов и твердых микроскопических частиц силикатов, графитов и т. п. Эти облака могут находиться в равновесии, когда гравитационные силы, стремящиеся сжать облака, в точности уравновешиваются давлением газопылевой смеси. Однако при достаточно больших плотностях может начаться самопроизвольное сжатие (гравитационная конденсация) облаков, условием которого является отрицательный знак их полной энергии W.
|
|
Можно убедиться, что «обычные» облака межзвездного газа с массой порядка массы нашего Солнца и радиусом порядка одного парсека (1 парсек = 3,3 световых года) не будут сжиматься собственной гравитацией, в то время как газопылевые комплексы с массами, превышающими массу Солнца в десятки тысяч раз, и радиусами порядка десятков парсек будут сжиматься (при характерной для межзвездного пространства температуре Т ~ 50 К).
Первоначально такое сжатие не приводит к увеличению температуры облака (изотермическое сжатие), так как на начальной, самой важной стадии сжатия имеет место достаточно эффективное охлаждение среды: высвобождающаяся энергия гравитации идет на возбуждение атомов водорода, которые затем излучают кванты инфракрасного диапазона, уходящие в космическое пространство. При увеличении же плотности облака оно становится непрозрачным для излучения, и с этого момента начинается повышение температуры внутренних областей (адиабатическое сжатие). Это уже не облако, а протозвезда. В конце концов, температура в недрах протозвезды достигает порога термоядерных реакций синтеза. За счет этого температура звезды становится достаточно большой, чтобы соответствующее давление газа уравновесило силу гравитации и сжатие на какое-то время прекратилось. С этого момента начинается жизнь звезды.