Жизнь и смерть звезд. Часть 1 - рождение

Жизнь и смерть звезд. Часть 1 - рождение

Будни Учёного

Появление новых звезд - удивительно красивый процесс. Каждая из светящихся точек на нашем небе когда-то была лишь разреженным облаком холодного газа, разбросанного во Вселенной. Все, что мы видим вокруг себя, да и мы сами - все это родилось из звездной пыли.

Туманность

Со стороны Солнечная система кажется довольно спокойным и упорядоченным местом - недаром древние создавали теории о вечных и нерушимых "небесных сферах", по которым вращаются светила и планеты. Ученики Пифагора говорили, что их учителю была доступна "музыка сфер", слышимая лишь ему одному, да и во все времена движение небесных тел связывалось с мистическими, высшими силами - вспомните хотя бы астрологию. Как из холодного облака пыли, почти вакуума, могла возникнуть вся эта гармония?


Туманность Орла - одна из самых известных звездных колыбелей

Итак, в начале всего была туманность - огромное облако сильно разреженного межзвездного газа. У него есть интересная особенность - это облако прозрачно для инфракрасного теплового излучения (оно испускается, к примеру, нагретой поверхностью Земли) и непрозрачно для лучей видимого диапазона. Почему это важно - сейчас увидим. Размеры облака поражают воображение - некоторые из них достигают размеров в сотни световых лет и содержат в себе несколько миллионов солнечных масс.

Облако состоит из мириадов маленьких частичек. Масса каждой из них ничтожна, но тем не менее все они притягиваются друг к другу посредством гравитации. Сила притяжения заставляет частицы облака слипаться, образуя более крупные сгустки материи, которые, в свою очередь, слипаются с соседями, и так далее, пока все облако не схлопнется в один шар... или все же не в один?

Коллапс

На самом деле все не так просто. Забегая вперед, стоит сказать, что довольно часто в облаке формируется не один центр притяжения, а несколько. Из каждого из них впоследствии родится новая звезда. И все же - как это происходит?

Прежде всего, сжатию облака препятствует внутреннее давление газа - ведь чем он плотнее, тем труднее сжимать его дальше. Но здесь вступают в игру те самые оптические свойства вещества облака, о которых я упоминал. Излучение видимого диапазона, поступающее снаружи, не может нагреть центр непрозрачной туманности, а вот тепло оттуда легко уходит в виде инфракрасных лучей, которые свободно двигаются сквозь газ. Таким образом, в сердцевине облака парадоксально холодно, и давление газа, сопротивляющееся гравитационному сжатию, мало.


Стадии формирования звезды из облака газа

Все это приводит к тому, что на первом этапе своего рождения звезда (точнее, тот газ, который станет этой звездой) всецело находится во власти гравитации и быстро сжимается в плотное ядро. "Плотное" оно лишь по сравнению с начальным состоянием - ведь начинали мы с крайне разреженного газа, почти вакуума. На самом деле ядро обладает примерно такой же плотностью, как атмосферный воздух, которым мы дышим.

Что происходит дальше? Плотное газовое ядро постепенно становится непрозрачным для инфракрасного излучения и начинает нагреваться изнутри. Возникающее давление газа в недрах сопротивляется дальнейшему сжатию под действием гравитации, и, наконец, появляется протозвезда с почти установившимся размером. Чтобы стать звездой, ей не хватает лишь одного - запустить термоядерную печь...

Термоядерные реакции

В центре звезды вещество разогревается до огромных температур в несколько миллионов градусов. В таких условиях электроны отрываются от ядер, и газ переходит в состояние плазмы - облака из заряженных частиц. Так как 98% массы вещества во Вселенной приходится на водород, он же является основным строительным материалом для звезд. Так что в центре каждой новой звезды - немыслимое множество двигающихся с огромными скоростями протонов (они же ядра атомов водорода) и электронов.

Все мы со школы знаем, что одноименные заряды отталкиваются, и имеющие положительный заряд протоны в центре протозвезды - не исключение. Не будь громадного внешнего давления, все они либо разлетелись бы друг от друга, либо рекомбинировали бы с летающими поблизости электронами, снова образовав спокойную нейтральную среду. Но в адских условиях недр протозвезды происходит удивительная вещь - протоны приобретают достаточно энергии, чтобы подобраться друг к другу на близкое расстояние и запустить ядерную реакцию синтеза - основу жизни любой звезды.


Упрощенная схема ядерных реакций в центре Солнца

Сливаясь, легкие элементы формируют более тяжелые и высвобождают огромное количество энергии (к примеру, наше Солнце теряет ежесекундно миллиарды тонн массы из-за излучения). Если быть точным, на этом этапе жизни звезды происходит лишь одна многоступенчатая реакция - превращение водорода в гелий, она же поддерживает горение звезды на протяжении миллиардов лет.

Итак, гигантский термоядерный реактор в центре запущен, и звезда, наконец, зажглась. Неужели все? Не забыли ли мы о судьбе остального облака? И откуда в этой картине мира взяться планетам, а значит, и нам с вами? Об этом - в следующий раз...