„Słońce zostawi diament wielkości Ziemi”. Astronom Michaił Lisakow - o ewolucji gwiazd

Istnieje wiele mitów, z którymi często spotykają się astronomowie. Na przykład wielu jest przekonanych, że Jowisz może kiedyś zmienić się w gwiazdę. A każda gwiazda eksploduje pod koniec swojego życia.

Fizyk i astronom Michaił Lisakow powiedział na forum "Naukowcy kontra Mity", jaką drogę życia przechodzi każda gwiazda. Wyjaśnił również, co stanie się z naszym Słońcem pod koniec ewolucji i wyjaśnił, dlaczego złoto jest metalem kosmicznym. To forum jest hostowane przezANTROPOGENESIS.RU"- opublikował wideo na ich temat Kanał Youtube. A Lifehacker podsumował wykład.

Jakie ciało niebieskie można uznać za gwiazdę

Istnieje frywolne sformułowanie: gwiazda to obiekt, z którego widzimy promienie.

Właściwie to nie jest żart. Jeśli spojrzymy na zdjęcia kosmosu wykonane przez teleskopy, zobaczymy zamglone chmury i jasne kropki. Małe plamki mgły to galaktyki. Punkty świetlne z kilkoma promieniami to gwiazdy.

Układ optyczny nowoczesnego teleskopu jest zaprojektowany w taki sposób, że kiedy światło załamuje się na zdjęciu, w gwiazdach faktycznie pojawiają się promienie. Ale na starożytnych mapach nieba, kiedy nie było takich teleskopów, ludzie przedstawiali gwiazdy w ten sam sposób.

Aby zrozumieć, na czym polega tajemnica, naukowcy przeprowadzili małe badanie. Świeciły ludziom w oczy małym, ale jasnym źródłem i robiły zdjęcia Siatkówka oka. Okazało się, że wszystkie osoby na siatkówce wytwarzały bardzo podobne obrazy. To znaczy wyraźny środek i chmura cienkich linii przecinających się w tym punkcie. Zgadza się: gwiazdy to jasne ciała niebieskie, które mają promienie.

A teraz poważnie. Aby zrozumieć, czym gwiazda różni się od innej przestrzeni obiektySpójrzmy na jego środek. Istnieje jądro, w którym nieustannie zachodzi reakcja termojądrowa. W rezultacie lekkie elementy zamieniają się w cięższe, a energia jest uwalniana w wyniku tego przejścia. Jest przenoszony do zewnętrznych warstw gwiazdy. Na przykład mieszając duże masy materii. Proces ten wygląda wrzenie woda w garnku. Tak widzimy powierzchnię naszego Słońca.

Główną cechą wyróżniającą gwiazdę jest ciągła reakcja termojądrowa.

Do takiej fuzji konieczne jest zbliżenie dodatnio naładowanych cząstek, protonów, bardzo blisko siebie. Aby wesprzeć ten proces, potrzebna jest bardzo wysoka temperatura i ciśnienie. W wyniku reakcji jeden atom helu otrzymuje się z dwóch atomów wodoru lub czterech protonów.

Ale wiadomo, że cztery protony ważą więcej niż ten atom. Musisz więc zrozumieć, gdzie zachodzi różnica.

Jeśli zderzą się trzy atomy helu, to w wyniku fuzji termojądrowej powstaje atom węgla. Ale to wymaga jeszcze wyższej temperatury. Jednak proces ten nie kończy się również na węglu. Następnie zaczyna być syntetyzowany tlen, a następnie magnez. I tak dalej aż do żelaza. Synteza cięższych pierwiastków w jądrze gwiazdy nie jest już wspierana spontanicznie. Potrzebuje dodatkowej energii z zewnątrz.

Istnieje mit, że Jowisz również musiał stać się gwiazdą, ponieważ Słońce, ale coś poszło nie tak. To mit, ponieważ masa tej planety nie wystarcza do utrzymania stałej reakcji termojądrowej. Temperatura i ciśnienie nie będą wystarczająco wysokie. Dlatego Jowisz może stać się gwiazdą tylko pod jednym warunkiem: zwiększy swoją masę około 15 razy. Ale to jest niemożliwe.

Jakie są gwiazdy?

Jeśli spojrzysz na nocne niebo w pogodny dzień, możesz zobaczyć różne rodzaje gwiazd:

• Jasne lub przyciemnione. Kiedyś uważano, że mniej widoczne gwiazdy są po prostu dalej od nas. Ale potem astronomowie nauczyli się mierzyć odległości do obiektów kosmicznych. I odkryli, że jasność świateł nie zależy od ich odległości, ale od ich mocy. Dla niektórych gwiazd ten parametr jest rzeczywiście większy niż dla innych.
• Wielobarwny - niebieski, żółty, czerwonawy, biały. Różne odcienie gwiazd również nie są złudzeniem. Każdy z nich ma swoją własną temperaturę promieniowania.

Naukowcy zbudowali wykres, na którym oś pozioma to temperatura gwiazdy, czyli jej kolor. Oś pionowa to jasność, nasycenie światłem. Następnie umieszczamy wszystkie znane gwiazdy na tym wykresie. I zobaczyli, że większość z nich znajdowała się po przekątnej - od najpotężniejszych i gorących niebieskich olbrzymów po małe czerwone karły. Tę przekątną nazwano ciągiem głównym.

Masywne i jasne, gorętsze gwiazdy znajdują się w niebieskiej części widma. Jest ich bardzo mało i żyją stosunkowo krótko. Ale w lewym, czerwonym obszarze widma widzimy znacznie więcej gwiazd. Ich masa jest znacznie mniejsza, są zimniejsze i słabo świecą. Ale ich życie jest znacznie dłuższe niż niebieskich olbrzymów. Słońce jest bliżej środka - w żółtym obszarze widma.

Ale na wykresie jest jeszcze kilka obszarów. Rozważ te powyżej Sekwencji Głównej. Docierają tam gwiazdy, w których w procesie syntezy termojądrowej cały wodór się skończył, to znaczy wypalił. Okazuje się, że jest to swego rodzaju „dom opieki” dla gwiazd – miejsce, w którym luminarze padają u schyłku ich życia. Nadal zachodzi w nich reakcja syntezy jądrowej, a lżejsze pierwiastki nadal zamieniają się w ciężkie.

Ale jest inny dość zauważalny obszar gromad gwiazd - poniżej Głównej Sekwencji. Astronomowie nazywają to „cmentarzem”.

Jak przebiega ewolucja gwiazd?

Porozmawiajmy teraz bardziej szczegółowo o wydarzeniach zachodzących w długim życiu gwiazd.

Astronomowie nazywają wszystkie zmiany w stanie gwiazd ewolucją gwiazd. Nie ma z nią prawie nic wspólnego ewolucja biologiczna. Jedynym zbiegiem okoliczności jest to, że oba procesy trwają przez miliony i miliardy lat.

Ewolucja gwiazd to pełny cykl życia każdego luminarza. W tym czasie gwiazda zmienia się nie do poznania. Ale jakie zmiany ją czekają, zależy od masy. Obiekty kosmiczne można warunkowo podzielić na trzy grupy.

1. Gwiazdy o małej masie

Na przykład Proxima Centauri. Rodzą się w chmurze pyłu gazowego i stają się czerwonymi karłami. A potem żyją bardzo długo w niezmienionym stanie, aż zabraknie im wodoru. Taki los czeka gwiazdę, której masa jest około 10 razy mniejsza od masy Słońca.

2. Gwiazdy porównywalne wielkością do Słońca

To cięższe i ciekawsze przedmioty. Ich masa wystarczy, aby kolejny etap, synteza węgla z helu, rozpoczął się w jądrze po spaleniu wodoru. W rezultacie pęcznieją do rozmiarów czerwonego olbrzyma. Na przykład Słońce w wyniku tego procesu wzrośnie tak, że pochłonie Merkurego i Wenus. A potem urośnie prawie do orbity Ziemi. Stanie się to za około pięć miliardów lat. Będzie wspaniale, jeśli ludzie znajdą do tego czasu sposób. być z dala z naszego światła.

Wtedy taka gwiazda zrzuca powłokę, która zamienia się w mgławicę planetarną. W centrum pozostaje świecący punkt - dawny rdzeń. A luminarz warunkowo przenosi się na cmentarz.

3. masywne gwiazdy

Ich masa jest ponad 10 razy większa od masy Słońca. Żyją szybko, aw końcu zamieniają się w jedno lub drugie czarna dziuralub w gwiazdę neutronową. Porozmawiamy bardziej szczegółowo o tym, jak przebiega ewolucja ogromnych luminarzy.

Jak pojawiają się gwiazdy neutronowe i czarne dziury?

W bardzo ciężkich gwiazdach temperatura i ciśnienie pozwalają na kontynuację reakcji termojądrowej aż do etapu formowania się żelaza. Dlatego w swojej strukturze jądra gigantów przypominają cebulę. W samym środku mają żelazo, potem warstwę krzemu, tlenu, neonu i tak dalej.

Kiedy cała materia zamienia się w żelazo, silnik termojądrowy zostaje wyłączony. Dalsza praca jest mu już energetycznie nieopłacalna. Dlatego promieniowanie gwiazdy zatrzymuje się. Ale powaga pozostaje.

A potem grawitacja zmusza wszystkie zewnętrzne warstwy do zapadnięcia się i lotu w kierunku środka.

Następnie gwiazda eksploduje jak supernowa. Ale tutaj są dwie opcje:

1. Siły kwantowe zatrzymają proces zapadania się. Gęstość materii gwiazdowej pozostałej po wybuchu będzie tak duża, że ​​elektrony zostaną wciśnięte w protony iw rezultacie utworzą neutralne cząstki - neutrony. Ze względu na efekty kwantowe neutrony nie pozwolą grawitacji kontynuować procesu kompresji. W rezultacie powstaje gwiazda neutronowa - obiekt o niezwykle dużej gęstości materii.
2. Grawitacja jest silniejsza niż siły kwantowe. Następnie proces zapadania się trwa, aż obiekt zamieni się w czarną dziurę.

Istnieje mit, że czarne dziury stopniowo wchłoną całą materię wszechświat. Ale nie jest.

Zdarza się, że gwiazdy rodzą się i żyją w parach. Wyobraź sobie, że jeden zamienił się w czarną dziurę, a drugi w czerwonego olbrzyma. Wtedy pierwszy będzie powoli wyciągał substancję z drugiego. Dysk gorących cząstek tworzy się wokół czarnej dziury. Jeśli takich cząstek będzie za dużo, zaobserwujemy proces odwrotny.

Skąd we wszechświecie wzięło się złoto i inne metale ciężkie?

Dowiedzieliśmy się, że żelazo i lżejsze pierwiastki są syntetyzowane w procesie reakcji termojądrowej wewnątrz gwiazdy. Zobaczmy, jak powstają pierwiastki cięższe od żelaza.

Wymaga to dodatkowych neutronów i to w dużych ilościach. W pewnych warunkach można je „wcisnąć” do jądra atomu lżejszego pierwiastka. W rezultacie neutrony mogą tracić elektrony w procesie rozpadu beta. Wtedy neutralne cząstki zamienią się w protony, a ładunek atomu wzrośnie. Oznacza to, że nastąpi wzrost numeru seryjnego - element zmieni się w cięższy.

Powstaje pytanie: skąd wziąć tyle wolnych neutronów. Wcześniej uważano, że ogromna ich liczba pojawia się po wybuchach supernowych. Ale w 2017 roku naukowcom udało się zaobserwować inny proces - połączenie dwóch gwiazd neutronowych. Rezultatem jest jeden obiekt i mnóstwo gruzu. W rezultacie z tych fragmentów powstaje „tsunami”, które składa się z czystych neutronów. Gęstość takiego przepływu jest dość duża - jest porównywalna z gęstością woda.

Wiele neutronów jest „wpychanych” w każdy atom, który spotyka się na drodze tego strumienia. Następnie rozpadają się na protony i elektrony, w wyniku czego powstają cięższe pierwiastki. Na przykład, złoto.

Dziś naukowcy wiedzą, że większość metali ciężkich w naszym wszechświecie powstała właśnie w ten sposób.