"Слънцето ще остави диамант с размера на Земята." Астрономът Михаил Лисаков - за еволюцията на звездите
разни / / July 27, 2023
Подобно на биологичния, той продължава милиони години, но не поражда нови видове организми, а по-специално златото.
Има много митове, с които астрономите често се сблъскват. Например, мнозина са сигурни, че Юпитер може някой ден да се превърне в звезда. И всяка звезда ще избухне в края на живота си.
Физикът и астрономът Михаил Лисаков каза на форума "Учени срещу митове", през какъв житейски път преминава всяка звезда. Той изясни и какво ще се случи с нашето Слънце в края на еволюцията и обясни защо златото е космически метал. Този форум се хоства отANTROPOGENESIS.RU“- публикува видео на тях YouTube канал. А Lifehacker обобщи лекцията.
Михаил Лисаков
Кандидат на физико-математическите науки, старши научен сътрудник на Лабораторията по извънгалактична радиоастрономия на Астрокосмическия център на Физическия институт Лебедев. Автор на повече от 40 научни труда.
Какво небесно тяло може да се счита за звезда
Има една несериозна формулировка: звездата е обект, от който виждаме лъчи.
Всъщност това не е шега. Ако погледнем снимки от космоса, направени с телескопи, ще видим мъгливи облаци и ярки точки. Малки петънца мъгла са галактики. Светещи точки с няколко лъча са звезди.
Оптичната система на съвременния телескоп е проектирана по такъв начин, че когато светлината се пречупи на снимка, лъчите всъщност се появяват в звездите. Но на древните карти на небето, когато не е имало такива телескопи, хората са изобразявали звездите по същия начин.
За да разберат каква е тайната, учените направиха малко проучване. Светеха в очите на хората с малък, но ярък източник и правеха снимки ретината. Оказа се, че всички субекти върху ретината създават много сходни изображения. Тоест ясен център и облак от тънки линии, пресичащи се в тази точка. Така че е така: звездите са ярки небесни тела, които имат лъчи.
А сега сериозно. Да разберем как една звезда се различава от останалото пространство обектиНека да разгледаме центъра му. Има ядро, в което непрекъснато протича термоядрена реакция. В резултат на това леките елементи се превръщат в по-тежки и поради този преход се освобождава енергия. Пренася се във външните слоеве на звездата. Например чрез смесване на големи маси материя. Този процес изглежда така кипене вода в тенджера. Ето как виждаме повърхността на нашето Слънце.
Непрекъснатата термоядрена реакция е основната отличителна черта на звездата.
За такъв синтез е необходимо положително заредените частици, протоните, да бъдат много близо една до друга. За поддържане на този процес са необходими много висока температура и налягане. И в резултат на реакцията се получава един атом хелий от два водородни атома или четири протона.
Но е известно, че четири протона тежат повече от този атом. Така че трябва да разберете къде отива разликата.
В нашата вселена не знаем за процеси, които биха могли да отнемат маса или енергия, така че да изчезнат. Това не се случва. В процесите на синтез се раждат някои нови частици като неутрино и се освобождава енергия. Всъщност, благодарение на това, звездите блестят.
Михаил Лисаков
Ако се сблъскат три атома хелий, тогава в резултат на термоядрен синтез се образува въглероден атом. Но това изисква още по-висока температура. Процесът обаче не спира и до въглерода. След това започва да се синтезира кислород, след това магнезий. И така до желязото. Синтезът на по-тежки елементи в ядрото на звезда вече не се поддържа спонтанно. Има нужда от допълнителна енергия отвън.
Има мит, че Юпитер също е трябвало да стане звезда, т.к слънце, но нещо се обърка. Това е мит, защото масата на тази планета не е достатъчна, за да поддържа постоянна термоядрена реакция. Температурата и налягането няма да са достатъчно високи. Следователно Юпитер може да стане звезда само при едно условие: ще увеличи масата си около 15 пъти. Но това е невъзможно.
Какви са звездите?
Ако погледнете нощното небе в ясен ден, можете да видите различни видове звезди:
- Ярко или слабо. Преди се смяташе, че по-малко видимите звезди просто са по-далеч от нас. Но тогава астрономите се научиха да измерват разстоянията до космическите обекти. И установиха, че яркостта на осветителните тела не зависи от разстоянието им, а от тяхната мощност. За някои звезди този параметър наистина е по-голям, отколкото за други.
- Многоцветни - синьо, жълто, червеникаво, бяло. Различните нюанси на звездите също не са илюзия. Всеки от тях има своя собствена температура на излъчване.
Учените са построили графика, където хоризонталната ос е температурата на звездата или нейния цвят. Вертикалната ос е яркост, наситеност на светлината. След това поставяме всички известни звезди на тази графика. И видяха, че повечето от тях са разположени по диагонал - от най-мощните и горещи сини гиганти до малки червени джуджета. Този диагонал беше наречен Главна последователност.
Всички звезди, които в момента изгарят водород в центъра и го превръщат в хелий, са на тази права линия.
Михаил Лисаков
Масивни и ярки, по-горещи звезди са разположени в синята част на спектъра. Има много малко от тях и те живеят сравнително кратко време. Но в лявата, червена област на спектъра виждаме много повече звезди. Тяхната маса е много по-малка, по-студени са и светят слабо. Но техният живот е много по-дълъг от този на сините гиганти. Слънцето е по-близо до средата - в жълтата област на спектъра.
Но има още няколко области на графиката. Помислете за тези над Главната последователност. Там стигат звезди, в които в процеса на термоядрен синтез целият водород е приключил, тоест е изгорял. Оказва се един вид "старчески дом" за звездите - място, където осветителните тела падат при залеза на живота си. В тях все още протича термоядрената реакция и по-леките елементи продължават да се превръщат в тежки.
Но има още една доста забележима област от звездни купове - под Главната последователност. Астрономите го наричат „гробището“.
Когато звездите изчерпят всички останали елементи, които могат да произведат в своите ядра, те се озовават в „звездното гробище“. Където са много горещи, но много, много тъмни.
Михаил Лисаков
Как се случва звездната еволюция?
Сега нека поговорим по-подробно за това какви събития се случват в един дълъг звезден живот.
Астрономите наричат всички промени в състоянието на звездите звездна еволюция. Тя няма почти нищо общо с биологична еволюция. Единственото съвпадение е, че и двата процеса продължават милиони и милиарди години.
Звездната еволюция е пълен жизнен цикъл на всяко светило. През това време звездата се променя до неузнаваемост. Но какви промени я очакват зависи от масата. Възможно е условно космическите обекти да се разделят на три групи.
1. Звезди с малка маса
Например Проксима Кентавър. Те се раждат в газово-прахов облак и стават червени джуджета. И след това живеят много дълго време в непроменено състояние, докато им свърши водородът. Такава съдба очаква звезда, ако нейната маса е около 10 пъти по-малка от слънчевата.
2. Звезди, сравними по размер със Слънцето
Това са по-тежки и интересни обекти. Тяхната маса е достатъчна, за да започне следващият етап, синтезът на въглерод от хелий, в ядрото след изгарянето на водорода. В резултат на това те набъбват до размерите на червен гигант. Например Слънцето в резултат на този процес ще се увеличи така, че ще погълне Меркурий и Венера. И тогава ще нарасне почти до орбитата на Земята. Това ще се случи след около пет милиарда години. Ще бъде чудесно, ако хората намерят начин дотогава. бъди далеч от нашата светлина.
Тогава такава звезда изхвърля обвивка, която се превръща в планетарна мъглявина. В центъра остава блестяща точка - бившето ядро. И светилото условно се премества в гробището.
3. масивни звезди
Тяхната маса е повече от 10 пъти по-голяма от слънчевата. Те живеят бързо и накрая се превръщат в едно от двете Черна дупкаили в неутронна звезда. Ще говорим по-подробно за това как се случва еволюцията на огромни светила.
Слънцето ще остане с бяло джудже, направено от въглерод. Когато се охлади напълно и въглеродът кристализира, по принцип ще получите диамант с размерите на Земята.
Михаил Лисаков
Как се появяват неутронните звезди и черните дупки?
В много тежките звезди температурата и налягането позволяват термоядрената реакция да продължи до етапа на образуване на желязо. Следователно по своята структура ядрата на гигантите приличат на лук. В самия център имат желязо, след това слой от силиций, кислород, неон и т.н.
Когато цялата материя се превърне в желязо, термоядреният двигател се изключва. За него вече е енергийно неизгодно да работи по-нататък. Поради това излъчването на звездата спира. Но земно притегляне остава.
И тогава гравитацията принуждава всички външни слоеве да се срутят и да летят към центъра.
Тогава звездата избухва като свръхнова. Но тук има два варианта:
- Квантовите сили ще спрат процеса на колапс. Плътността на звездната материя, останала след експлозията, ще стане толкова висока, че електроните ще бъдат притиснати в протоните и в резултат ще образуват неутрални частици - неутрони. Поради квантовите ефекти, неутроните няма да позволят на гравитацията да продължи процеса на компресия. В резултат на това се образува неутронна звезда - обект с изключително висока плътност на материята.
- Гравитацията е по-силна от квантовите сили. След това процесът на колапс продължава, докато обектът се превърне в черна дупка.
Съществува мит, че черните дупки постепенно ще погълнат цялата материя вселена. Но не е.
Случва се звездите да се раждат и живеят по двойки. Представете си, че единият се превърна в черна дупка, а другият се превърна в червен гигант. Тогава първият бавно ще изтегли веществото от втория. Около черна дупка се образува диск от горещи частици. Ако има твърде много такива частици, ще наблюдаваме обратния процес.
При определени условия черна дупка може да започне да изхвърля струи материя. Тоест по принцип „захранването“ на черна дупка не е толкова лесно. А опасенията, че черните дупки ще изсмучат цялата материя на Вселената, като цяло, не се потвърждават категорично от нищо.
Михаил Лисаков
Откъде са дошли златото и другите тежки метали във Вселената?
Открихме, че желязото и по-леките елементи се синтезират в процеса на термоядрена реакция вътре в звезда. Да видим как се образуват елементите, по-тежки от желязото.
Това изисква допълнителни неутрони и то в големи количества. При определени условия те могат да бъдат „избутани“ в ядрото на атом на по-лек елемент. В резултат на това неутроните могат да загубят електрони в процеса на бета разпадане. Тогава неутралните частици ще се превърнат в протони и зарядът на атома ще се увеличи. Това означава, че ще има увеличение на серийния номер - елементът ще се превърне в по-тежък.
Възниква въпросът: откъде да вземем толкова много свободни неутрони. Преди това се смяташе, че огромен брой от тях се появяват след експлозии на свръхнови. Но през 2017 г. учените успяха да наблюдават друг процес - сливането на две неутронни звезди. Резултатът е един предмет и много отломки. В резултат на това от тези фрагменти възниква „цунами“, което се състои от чисти неутрони. Плътността на такъв поток е доста голяма - тя е сравнима с плътността вода.
Много неутрони се „избутват“ във всеки атом, който се срещне по пътя на този поток. След това те се разпадат на протони и електрони и в резултат се получават по-тежки елементи. Например, злато.
Днес учените знаят, че повечето от тежките метали в нашата вселена са се образували по този начин.
По-рано можеше да се каже: представете си, момчета, тук имате златни пръстени - всички те са родени по време на експлозия на свръхнова. А сега ще ви кажа следното: ето ви бижута – златото в тях се е родило при сливането на две неутронни звезди. Мисля, че е много готино.
Михаил Лисаков
Прочетете също🧐
- 12 най-нелепи фалшификати за космоса
- Биологът Михаил Никитин: как да докажем, че животът на Земята е възникнал от само себе си
- Вярно ли е, че Вселената е твърде сложна и е безполезно да се изучава: астрофизик разсейва популярните митове