Мы уже многое знаем о механизмах развития природных объектов, но тайна рождения большинства из них до сих пор остается неразгаданной. Биологи размышляют о происхождении новых видов и самой жизни, геологи спорят о происхождении нефти, полезных ископаемых и самих планет, а астрономы борются с происхождением звезд, галактик и самой Вселенной. Однако кое-что проясняется: звезды открывают тайны своего происхождения.
Известно, что внутри звезд работают естественные термоядерные реакторы, которые синтезируют более легкие химические элементы в более тяжелые. Например, из водорода состоит гелий, из гелия — углерод и т. д. Протекание этих реакций в недрах Солнца сейчас прямо фиксируется на Земле (точнее под землей) нейтринными детекторами. Также было установлено, как долго живут звезды и как заканчивается их жизнь: чем массивнее звезда, тем ярче она светит и тем быстрее сжигает свое ядерное топливо. В то время как звезды, подобные Солнцу, живут около 10 миллиардов лет, гиганты, которые в 10 раз массивнее, полностью сгорают всего за 25 миллионов лет. В свою очередь, карлики с массой, равной половине массы Солнца, должны жить почти 100 миллиардов лет — намного дольше, чем нынешний возраст Вселенной.
В конце жизни звезда обычно сбрасывает верхний слой материи. Массивные светила делают это взрывным образом, превращаясь в сверхновые, в то время как маломассивные светила делают это бесшумно, заворачиваясь в медленно расширяющуюся планетарную туманность. В обоих случаях в конце своей эволюции от звезды остается коллапсирующее газовое облако и плотный компактный объект, белый карлик, нейтронная звезда или черная дыра.
Некоторые детали на этом изображении могут отличаться, но общий ход жизни звезды можно достоверно проследить, в том числе и при компьютерном моделировании. «Дайте мне звезду, и я расскажу ее судьбу!» — мог бы воскликнуть астроном. Легко сказать: «Дай мне!» Но как именно рождаются звезды? По-видимому, они образуются при сжатии газовых облаков, заполняющих межзвездное пространство, но детали процессов, приводящих к рождению разных типов звезд, до сих пор остаются во многом загадочными.
В темном облаке
Вот так сегодня выглядит процесс рождения звезды. В межзвездном облаке идет постоянная борьба двух тенденций — сжатия и расширения. Облако сжимается за счет собственной гравитации и внешних сил (например, взрывов соседних звезд), а расширяется за счет давления газа и магнитных полей внутри облака. Эта борьба обычно заканчивается победой сил сжатия. Дело в том, что звездный свет не проникает в непрозрачное облако извне и не нагревает его, а инфракрасное излучение частиц и пыли легко выходит из облака и уносит тепло. В результате этого «антииспарительного» эффекта температура в самой плотной части облака падает почти до -270°С, а давление газа падает настолько низко, что баланс сил неизбежно нарушается и площадь начинает сжиматься. бесконтрольно. Если масса сжимающегося газа мала, то образуется одна звезда, а если газ велик, то при его сжатии и фрагментации родится группа тел — скопление звезд.
RCW 108, скопление ярких и темных туманностей на расстоянии около 4000 световых лет в южном созвездии Приста.
В процессе своего формирования каждая звезда проходит две четко выраженные фазы — быстрое и медленное сжатие протозвезды. Быстрое сжатие — это почти свободное падение вещества протозвезды к ее центру. На этом этапе безраздельно властвует гравитация. Хотя сжатие должно нагревать газ, его температура почти не меняется: лишнее тепло уходит в виде инфракрасного излучения, для которого хрупкая протозвезда совершенно прозрачна. Таким образом, проходит около 100 000 лет, в течение которых размер протозвезды уменьшается в 100 000 раз, а плотность вещества увеличивается в миллион миллиардов раз, от почти полного вакуума до плотности воздуха в комнате. .
В какой-то момент сжатая протозвезда становится непрозрачной для собственного инфракрасного излучения. Подбор тепла резко снижается, а дальнейшее сжатие газа приводит к его быстрому нагреву, увеличению давления и уравновешиванию силы тяжести. Protostar теперь может сжиматься не быстрее, чем позволяет медленное охлаждение поверхности. Эта фаза длится десятки миллионов лет, но за это время будущая звезда лишь примерно в десять раз меньше, а материя сжимается примерно до плотности воды. Многие удивятся, узнав, что средняя плотность Солнца составляет 1,4 г/см3 (аналогично плотности воды в Мертвом море) и что его центр ближе к 100 г/см3, но что солнечная материя по-прежнему газ, точнее плазма. Когда температура внутри протозвезды достигает нескольких миллионов градусов, она инициирует реакцию синтеза: водород превращается в гелий, выделяя тепло, которое компенсирует его потерю с поверхности. Сжатие прекращается — протозвезда стала звездой.
Картина, нарисованная здесь, очевидно, является просто схемой «голых костей». Только наблюдение за реально формирующимися звездами может вдохнуть в нее жизнь и уточнить детали. Но изучать рождение звезд сложно хотя бы потому, что межзвездные запасы галактики заметно истощились в наш век. На самом деле они лишь частично дополняются тем, что выбрасывается в космос умирающими звездами. В наши дни новые светила рождаются редко. В нашей огромной галактике в среднем всего несколько звезд в год. Большинство областей звездообразования находятся далеко и их трудно изучать. Кроме того, звезды формируются глубоко в холодных, непрозрачных газовых и пылевых облаках. До 98% этих облаков состоят из водорода (в виде отдельных атомов и молекул H2) и гелия. Эти газы практически не мешают потоку света. Но оставшиеся 2% по массе более тяжелых элементов состоят из мельчайших твердых частиц размером в несколько сотых микрона, называемых пылевыми частицами, которые активно поглощают и рассеивают излучение. За этим «смогом» очень трудно увидеть, как формируется звезда.
Наиболее интересные результаты в этой области дают инфракрасные телескопы и радиотелескопы в самом коротковолновом диапазоне, т. е. в субмиллиметровом диапазоне. Излучение, которое они получают, проходит через пылевую завесу, потому что его длина волны больше, чем размер частиц пыли. Но, к сожалению, он поглощается атмосферой Земли. Поэтому приборы необходимо устанавливать на борту самолетов, летящих в стратосферу или, что еще лучше, на спутниках, работающих вне атмосферы. Однако даже на Земле можно найти места высоко в горах, где разреженный сухой воздух не слишком мешает наблюдениям. Чилийские Анды в этом отношении очень хороши. Именно там, в Южно-Европейской обсерватории (Ла Силья, Чили), был установлен один из лучших наземных инструментов для изучения восходящих звезд — комплекс инфракрасных спектрографов и камер, установленных на 3,6-метровом телескопе NTT (New Technology Telescope). ) телескоп.
Испанский астроном Фернандо Комерон использовал инструмент для изображения крупного комплекса звездообразования, RCW 108. Он состоял из 600 отдельных изображений, покрывающих область неба, вдвое меньшую размера лунного диска. С научной точки зрения эта картина интересна тем, что подтверждает теоретическую модель «вылупления» молодых звезд из облака, т. н. модель шампанского. Темное облако, хорошо видимое на фоне Млечного Пути, действует как непроницаемая бутылка, внутри которой новорожденные звезды нагревают окружающий газ и сжимают его. Ведь облако не выдерживает, его тончайшая стенка («заглушка») рвется и в окружающее пространство выбрасывается поток раскаленного газа. Именно этот момент мы видим на фото. Яркая туманность в центре облака — это горячий газ, выходящий со скоростью около 10 км/с и мчащийся к Солнцу.(Вам не нужно беспокоиться — он никогда не достигнет Солнечной системы.)
Если в группе молодых звезд рождается массивная звезда, она начинает «править балом»: ее сильное излучение и газовые струи с поверхности (звездные ветры) нагревают окружающее вещество, останавливают его сжатие и останавливают образование новых светил .Подобно кукушке в гнезде, массивная звезда пытается расчистить пространство вокруг себя.Бывает, что активность массивных звезд не только останавливает звездообразование, но и приводит к полному коллапсу новорожденного скопления: с межзвездным газом оно теряет столько массы, что молодые звезды легко преодолевают ослабленное гравитационное поле и покидают свою «колыбель».
