ЗІРКИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЯК ВОНИ ФОРМУЮТЬСЯ, ЖИТТЄВИЙ ЦИКЛ, СТРУКТУРА - НАУКА - 2025

Зірка є астрономічний об'єкт , що складається з газу, головним чином , водню і гелію, і витримує в рівноважному завдяки силі тяжіння, який має тенденцію стискати його, і тиск газу, який розширює його.

У цьому процесі зірка виробляє величезну кількість енергії зі свого ядра, в якому знаходиться плавлений реактор, який синтезує гелій та інші елементи з водню.

Рисунок 1. Плеяди, у сузір'ї Тельця, видимі протягом північної зими, становлять скупчення близько 3000 зірок за 400 світлових років. Джерело: Wikimedia Commons.

У цих реакціях синтезу маса не повністю зберігається, але невелика частина перетворюється на енергію. А оскільки маса зірки величезна, навіть коли вона одна з найменших, таку кількість енергії, яку вона виділяє за секунду.

Характеристика зірок

Основними характеристиками зірки є:

- Маса : дуже мінлива, починаючи від невеликої частки маси Сонця до надмасивних зірок, з масами в кілька разів більше сонячної маси.

- Температура : це також змінна кількість. У фотосфері, яка є світною поверхнею зірки, температура знаходиться в межах 50000-3000 К. Перебуваючи в центрі, вона досягає мільйонів Кельвіна.

- Колір : тісно пов'язаний з температурою і масою. Чим гарячіша зірка, тим сильніше її колір і навпаки, чим вона холодніша, тим більше вона схильна до червоного.

- Світловість : це залежить від потужності, випромінюваної зіркою, яка зазвичай не є рівномірною. Найгарячіші та найбільші зірки - найяскравіші.

- Величина : це явна яскравість, яку вони бачать із Землі.

- Рух : зірки мають відносні рухи відносно свого поля, а також обертальний рух.

- Вік : зірки можуть бути такими ж старими, як Всесвіт - приблизно 13,8 мільярда років - і молодими, як 1 мільярд років.

Як утворюються зірки?

Сонце, одна з мільйонів зірок Чумацького Шляху.

Зірки утворюються від гравітаційного колапсу величезних хмар космічного газу та пилу, густина яких постійно коливається. Первинний матеріал у цих хмарах - молекулярний водень та гелій, а також сліди всіх відомих елементів на Землі.

Рух частинок, що складають цю величезну кількість маси, що розтікається в просторі, є випадковим. Але раз у раз щільність трохи збільшується в одну точку, викликаючи стиснення.

Тиск газу, як правило, скасовує це стиснення, але гравітаційна сила, яка зводить молекули разом, трохи вище, тому що частинки ближче один до одного, а потім протидіє цьому ефекту.

Крім того, гравітація відповідає за збільшення маси ще більше. І як це відбувається, температура збільшується поступово.

Тепер уявіть цей процес конденсації у великому масштабі та з усім наявним часом. Сила тяжіння радіальна і хмара речовини, що утворюється, матиме сферичну симетрію. Його називають протостар.

Крім того, ця хмара матерії не є статичною, але швидко обертається в міру стискання матеріалу.

З часом сформується ядро ​​при дуже високій температурі та величезному тиску, яке стане плавним реактором зірки. Для цього потрібна критична маса, але коли це відбувається, зірка досягає рівноваги і таким чином починає, так би мовити, своє доросле життя.

Маса та подальша еволюція зірок

Тип реакцій, які можуть відбуватися в ядрі, буде залежати від маси, яку воно спочатку має, а з ним і подальшої еволюції зірки.

Для мас менше 0,08 разів більша маса Сонця - приблизно 2 х 10 30 кг - зірка не утворюватиметься, оскільки ядро ​​не запалиться. Утворений таким чином об'єкт поступово охолоне, і конденсація сповільниться, що призведе до появи бурого карлика.

З іншого боку, якщо протостар буде занадто масивним, він також не досягне необхідного балансу, щоб стати зіркою, тому він бурхливо розпадеться.

Теорія утворення зірок гравітаційним колапсом пояснюється англійським астрономом і космологом Джеймсом Джинсом (1877-1946), який також запропонував теорію стійкого стану Всесвіту. Сьогодні ця теорія, яка вважає, що матерія створюється постійно, відкидається на користь теорії Великого вибуху.

Життєвий цикл зірок

Як було пояснено вище, зірки утворюються в результаті конденсації туманності, виготовленої з газу та космічного пилу.

Цей процес вимагає часу. За оцінками, це відбувається між 10 і 15 мільйонами років, тоді як зірка набуває остаточної стійкості. Як тільки тиск газу, що розширюється, і сила рівноваги стиснення сили тяжіння, зірка вводить те, що називається основною послідовністю.

Відповідно до своєї маси, зірка розташована на одній із ліній діаграми Герцспрунг-Рассел або HR-діаграми. Це графік, який показує різні лінії еволюції зірок, усі вони диктуються масою зірки.

На цьому графіку зірки класифікуються відповідно до їх освітленості на основі їх ефективної температури, як показано нижче:

Малюнок 2. Діаграма HR, незалежно створена астрономами Ейнаром Герцспрунгом та Генрі Расселом близько 1910 р. Джерело: Вікімедіа. ТО.

Зоряні лінії еволюції

Основна послідовність - приблизно діагональна область, яка проходить через центр діаграми. Туди, в якийсь момент, входять новостворені зірки, відповідно до їх маси.

Найгарячіші, найяскравіші та наймасовіші зірки знаходяться вгорі та зліва, тоді як найкрутіші та найменші зірки - внизу праворуч.

Маса - це параметр, який керує еволюцією зірки, про що вже було сказано кілька разів. Дійсно, дуже масивні зірки швидко витрачають паливо, тоді як маленькі прохолодні зірки, такі як червоні карлики, управляють цим повільніше.

Малюнок 3. Порівняння розмірів між планетами (1 і 2) і зірками (3,4,5 і 6). Джерело: Wikimedia Commons. Дейв Джарвіс (https://dave.autonoma.ca/).

Для людини червоні карлики практично вічні, жодних відомих червоних гномів ще не вмерло.

До основної послідовності примикають зірки, які завдяки своїй еволюції перейшли на інші лінії. Отже, вище зорі гігантських і надгігантських, а внизу білі карлики.

Спектральні типи

Те, що приходить до нас від далеких зірок, - це їх світло, і з його аналізу виходить велика кількість інформації про природу зірки. У нижній частині діаграми HR знаходиться ряд букв, що позначають найпоширеніші спектральні типи:

OBAFGKM

Зірки з найвищою температурою - О, а найхолодніші - клас М. У свою чергу кожна з цих категорій поділяється на десять різних підтипів, розрізняючи їх за числом від 0 до 9. Наприклад, F5, проміжна зірка між F0 і G0.

Класифікація Моргана Кінана додає освітленості зірки спектральному типу з римськими цифрами від I до V. Таким чином наше Сонце є зіркою типу G2V. Слід зазначити, що зважаючи на велику мінливість зірок, для них існують інші класифікації.

Кожен спектральний клас має видимий колір, відповідно до діаграми HR на малюнку. Це приблизний колір, який спостерігач без інструментів або в більшості біноклів побачив у дуже темну і ясну ніч.

Ось короткий опис його характеристик відповідно до класичних спектральних типів:

Тип О

Вони - сині зірки з фіолетовими відтінками. Вони знаходяться у верхньому лівому куті діаграми HR, тобто вони великі та яскраві, а також високі температури поверхні - від 40 000 до 20 000 К.

Прикладами цього типу зірки є Альнітак А, із поясу сузір'я Оріона, видно протягом північних зимових ночей, та Сігма-Оріоніс у тому ж сузір'ї.

Малюнок 4. Три зірки пояса Оріона. Зліва направо Альнітак, Алнілам і Мінтака. Крім того, поруч з Альнітаком - туманність Полум'я та Кінь. Джерело: Wikimedia Commons.

Тип В

Їх легко побачити неозброєним оком. Її колір - біло-блакитний, з поверхневою температурою між 10 000 -7000 К. Сіріус А, двійкова зірка в сузір'ї Каніс-Майор - це зірка типу А, як і Денеб, найяскравіша зірка Лебедя.

Тип F

Вони виглядають білими, мають тенденцію до жовтого, температура поверхні навіть нижча, ніж у попереднього типу: від 7000 до 6000 К. До цієї категорії належить полярна зірка Поларіс, із сузір'я Малої Урси, а також Канопус, найяскравіша зірка сузір'я Карина, видно далеко на південь від північної півкулі, під час північної зими.

Тип G

Вони жовті, їх температура становить від 6000 до 4800 К. Наше сонце потрапляє до цієї категорії.

К тип

В принципі, виявити внутрішню будову зірки непросто, оскільки більшість з них є дуже віддаленими об’єктами.

Завдяки вивченню Сонця, найближчої зірки, ми знаємо, що більшість зірок складаються з газоподібних шарів із сферичною симетрією, в центрі якої знаходиться ядро, де відбувається злиття. Це займає більш-менш 15% від загального об’єму зірки.

Навколо ядра є шар, схожий на мантію або конверт, і нарешті - атмосфера зірки, поверхня якої вважається її зовнішньою межею. Характер цих шарів змінюється з часом і еволюцією, за якою слідує зірка.

У деяких випадках, у точці, коли водень, його основне ядерне паливо, вичерпається, зірка розбухає, а потім виганяє свої найвіддаленіші шари в простір, утворюючи те, що відомо як планетарна туманність, в центрі якої залишається оголене ядро. , надалі відомий як білий карлик.

Саме в оболонці зірки відбувається транспортування енергії від ядра до зовнішніх шарів.

Малюнок 5. Шари Сонця, найбільш вивчена зірка з усіх. Джерело: Wikimedia Commons.

Типи зірок

У розділі, присвяченому спектральним типам, типи зірок, які зараз відомі, були згадані дуже загально. Це з точки зору характеристик, виявлених за допомогою аналізу його світла.

Але протягом усієї еволюції більшість зірок подорожує основною послідовністю і також залишає її, розміщуючи в інших гілках. Лише червоні карликові зірки залишаються в основній послідовності все своє життя.

Є інші типи зірок, які часто згадуються, які ми коротко описуємо:

Карликові зірки

Це термін, що використовується для опису самих різних типів зірок, які, з іншого боку, мають спільний невеликий розмір. Деякі зірки утворюються з дуже низькою масою, але інші, що народилися зі значно більшою масою, натомість стають карликами протягом життя.

Насправді карликові зірки - найпоширеніший вид зірки у Всесвіті, тому варто трохи зупинитися на їх характеристиках:

Коричневі карлики

Вони є протостарами, маси яких не вистачало для запуску ядерного реактора, який висуває зірку до основної послідовності. Їх можна вважати на півдорозі між планетою-гігантом, як Юпітер, і червоною карликовою зіркою.

Оскільки їм не вистачає стабільного джерела енергії, їм судилося повільно охолоджувати. Приклад коричневого карлика - Луман 16 в сузір'ї Вела. Але це не заважає планетам орбітувати їх, оскільки до цих пір було виявлено декілька.

Червоні карлики

Малюнок 6. Порівняльний розмір між Сонцем, червоним карликом Gliese 229A, коричневими карликами Teide 1 та Gliese 229 B та планетою Юпітер. Джерело: NASA через Wikimedia Commons.

Їх маса невелика, менша, ніж у Сонця, але їхнє життя проходить у основній послідовності, оскільки вони ретельно витрачають паливо. З цієї причини вони також холодніші, але вони - найпоширеніший тип зірки, а також найдовша з усіх.

Білі карлики

Це залишок зірки, яка залишила основну послідовність, коли паливо в його серцевині вичерпалося, набухаючи, поки не стало червоним гігантом. Після цього зірка скидає свої зовнішні шари, зменшуючи розміри і залишаючи лише серцевину, якою є білий карлик.

Етап білого карлика - лише одна фаза еволюції всіх зірок, які не є ні червоними карликами, ні блакитними гігантами. Останні, будучи настільки масовими, як правило, закінчують своє життя в колосальних вибухах, званих новою або надновою.

Зірка І. К. Пегасі - приклад білого карлика, долі, яка може чекати нашого Сонця через багато мільйонів років.

Сині карлики

Вони є гіпотетичними зірками, тобто їх існування ще не доведено. Але вважається, що червоні карлики з часом перетворюються на блакитних карликів, коли їм не вистачає пального.

Чорні карлики

Це давні білі карлики, які повністю охололи і більше не випромінюють світло.

Жовті та оранжеві карлики

Зірки з масою, порівнянною або меншою, ніж у Сонця, але більшою за розмірами та температурою, ніж червоні карлики, іноді називають таким чином.

Нейтронні зірки

Це останній етап у житті надгігантської зірки, коли вона вже використала ядерне паливо і зазнала вибуху наднової. Через вибух ядро ​​залишкової зірки стає неймовірно компактним, до того моменту, коли електрони та протони зливаються, щоб стати нейтронами.

Нейтронна зірка настільки, але настільки щільна, що може містити до двох разів сонячну масу в сфері діаметром близько 10 км. Оскільки його радіус настільки зменшився, збереження імпульсу кута вимагає більшої швидкості обертання.

Завдяки їх розмірам вони виявляються за допомогою інтенсивного випромінювання, яке вони випромінюють у вигляді променя, який швидко обертається поруч зіркою, утворюючи те, що відомо як пульсар.

Приклади зірок

Хоча зірки мають спільні характеристики, як і для живих, мінливість величезна. Як було видно, є гігантські та надгігантські зірки, карлики, нейтрони, змінні великої маси, величезних розмірів, ближчі та віддаленіші:

-Най яскравішою зіркою на нічному небі є Сіріус, у сузір'ї Каніс-майор.

Малюнок 7. Сіріус у сузір'ї Каніс-Майор, що знаходиться приблизно за 8 світлових років, - це найяскравіша зірка на нічному небі. Джерело: Pixabay.

-Próxima Centauri - найближча до Сонця зірка.

-Присутність найяскравішої зірки не означає бути найяскравішою, адже відстань - це дуже багато. Найвідоміша світна зірка, яка відома, є також наймасовішою: R136a1, що належить до Великої Магелланової Хмари.

-Маса R136a1 в 265 разів перевищує масу Сонця.

-Зірка з найбільшою масою не завжди є найбільшою. Найбільша зірка на сьогоднішній день - Ю. Скуті в сузір'ї Щит. Його радіус приблизно в 1708 разів більший за радіус Сонця (радіус Сонця - 6,96 х 108 метрів).

-Найшвидшою зіркою досі була США 708, яка рухається зі швидкістю 1200 км / с, але нещодавно була виявлена ​​ще одна зірка, яка її перевершує: S5-HVS1 сузір'я Кран зі швидкістю 1700 км / с. Винуватцем вважається надмасивна чорна діра Стрілець А в центрі Чумацького Шляху.

Список літератури

1. Керролл, Б. Вступ до сучасної астрофізики. 2-й. Видання. Пірсон.
2. Коста, С. Утікаюча зірка викинула з темряви галактичного серця. Відновлено з: aaa.org.uy.
3. Діас-Гіменес, Е. 2014. Основні записки з астрономії. Опубліковано університетом Кордова, Аргентина.
4. Ящек, C. 1983. Астрофізика. Опубліковано ОАД.
5. Мартинес, Д. Зоряна еволюція. Ваеліада. Відновлено з: Книги Google.
6. Остер, Л. 1984. Сучасна астрономія. Редакційна реверте.
7. Іспанське товариство астрономії. 2009. 100 концепцій астрономії. Edycom SL
8. УНАМ. Астрономія високої енергії. Нейтронні зірки. Відновлено з: astroscu.unam.mx.
9. Вікіпедія. Класифікація зірок. Відновлено з: es.wikipedia.org.
10. Вікіпедія. Зірка. Відновлено з: es.wikipedia.org.