Что такое звезда и как она работает?

Звезды всегда интересовали людей, вероятно, с того момента, как наш самый ранний предок вышел на улицу и посмотрел на ночное небо. Мы все еще выходим ночью, когда можем, и смотрим вверх, размышляя об этих мерцающих объектах. С научной точки зрения они являются основой науки астрономии, которая является изучением звезд (и их галактик). Звезды играют выдающуюся роль в научно-фантастических фильмах, телешоу и видеоиграх в качестве фонов для приключенческих рассказов. Итак, что же это за мерцающие точки света, которые, кажется, расположены по ночному небу?

Есть тысячи звезд, видимых нам с Земли, особенно если мы проводим наши наблюдения в действительно темной области обзора неба). Однако в одном Млечном Пути их сотни миллионов, и не все они видны людям на Земле. Млечный Путь не только является домом для всех этих звезд, он содержит «звездные питомники», где новорожденные звезды вылупляются в облаках газа и пыли.

Все звезды очень, очень далеко, кроме Солнца. Остальные находятся за пределами нашей солнечной системы. Ближайший к нам называется Проксима Центавраи лежит 4,2 световых лет прочь.

Большинство наблюдателей, которые наблюдали некоторое время, начинают замечать, что некоторые звезды ярче других. Многие также, кажется, имеют слабый цвет. Некоторые выглядят голубыми, другие белыми, а третьи - слегка желтыми или красноватыми оттенками. Много разные типы звезд во вселенной.

Мы греемся в свете звезды - Солнца. Он отличается от планет, которые очень малы по сравнению с Солнцем и обычно состоят из камня (например, Земли и Марса) или холодных газов (например, Юпитера и Сатурна). Поняв, как работает Солнце, астрономы могут глубже понять, как работают все звезды. И наоборот, если они изучают много других звезд на протяжении всей своей жизни, можно выяснить и будущее нашей собственной звезды.

Как и все другие звезды во вселенной, Солнце представляет собой огромную, яркую сферу из горячего, светящегося газа, скрепленного собственной гравитацией. Он живет в Галактике Млечный Путь вместе с примерно 400 миллиардами других звезд. Все они работают по одному и тому же основному принципу: они объединяют атомы в своих ядрах, создавая тепло и свет. Так работает звезда.

Для Солнца это означает, что атомы водорода захлопываются вместе при высокой температуре и давлении. В результате получается атом гелия. Этот процесс синтеза выделяет тепло и свет. Этот процесс называется «звездный нуклеосинтез» и является источником многих элементов во вселенной, более тяжелых, чем водород и гелий. Таким образом, от звезд, подобных Солнцу, будущая вселенная получит такие элементы, как углерод, которые она будет производить с возрастом. Очень «тяжелые» элементы, такие как золото или железо, образуются в более массивных звездах после их смерти или даже в катастрофических столкновениях нейтронных звезд.

Как звезда делает этот «звездный нуклеосинтез» и не взрывает себя в процессе? Ответ: гидростатическое равновесие. Это означает, что гравитация массы звезды (которая притягивает газы внутрь) уравновешивается внешним давлением тепла и света - излучение давление - создаваемое ядерным синтезом, происходящим в ядре.

Этот синтез является естественным процессом и требует огромного количества энергии, чтобы инициировать реакции синтеза, достаточные для уравновешивания силы тяжести в звезде. Ядро звезды должно достичь температуры, превышающей около 10 миллионов Кельвинов, чтобы начать синтезировать водород. Наше Солнце, например, имеет температуру ядра около 15 миллионов Кельвин.

Звезда, которая потребляет водород для образования гелия, называется звездой "главной последовательности", в то время как она является водородосодержащим объектом. Когда он израсходует все свое топливо, ядро ​​сжимается, потому что внешнего радиационного давления больше не достаточно, чтобы уравновесить гравитационную силу. Температура ядра повышается (потому что он сжимается), и это дает ему достаточное количество энергии, чтобы начать сплавление атомов гелия в углерод. В этот момент звезда становится красным гигантом. Позже, когда у нее кончаются топливо и энергия, звезда сжимается и становится белым карликом.

Следующая фаза в эволюции звезды зависит от ее массы, потому что это диктует как это закончится. Звезда малой массы, как наше Солнце, другая судьба от звезд с более высокими массами. Это будет сдуть его внешние слои, создание планетарной туманности с белым карликом посередине. Астрономы изучили множество других звезд, которые подверглись этому процессу, что позволяет им лучше понять, как Солнце покончит с жизнью через несколько миллиардов лет.

Звезды с большой массой, однако, во многом отличаются от Солнца. Они живут короткими жизнями и оставляют после себя великолепные останки. Когда они взрываются как сверхновые, они взрывают свои элементы в космос. Лучший пример сверхновой звезды - Крабовидная туманность в Тельце. Ядро исходной звезды осталось позади, так как остальная часть ее материала взорвана в космос. В конце концов, ядро ​​может сжаться, чтобы стать нейтронной звездой или черной дырой.

Звезды существуют в миллиардах галактик по всей вселенной. Они являются важной частью эволюции космоса. Они были первыми объектами, сформировавшимися более 13 миллиардов лет назад, и они включали в себя самые ранние галактики. Когда они умерли, они преобразовали ранний космос. Это потому, что все те элементы, которые они образуют в своих ядрах, возвращаются в космос, когда умирают звезды. И эти элементы в конечном итоге объединяются, образуя новые звезды, планеты и даже жизнь! Вот почему астрономы часто говорят, что мы сделаны из "звездных вещей".

Отредактировано Кэролин Коллинз Петерсен.