Жизнь на главной последовательности: как развиваются звезды

Звезды являются одними из основных строительных блоков вселенной. Они составляют не только галактики, но и многие из них питают планетные системы. Таким образом, понимание их формирования и эволюции дает важные ключи к пониманию галактик и планет.

Солнце дает нам первоклассный пример для изучения прямо здесь, в нашей собственной солнечной системе. До него всего восемь световых минут, поэтому нам не нужно долго ждать, чтобы увидеть объекты на его поверхности. У астрономов есть несколько спутников, изучающих Солнце, и они давно знают об основах его жизни. Во-первых, он среднего возраста, и прямо в середине периода его жизни называют "главной последовательностью". В течение этого времени он сливает водород в своем ядре с образованием гелия.

На протяжении всей своей истории Солнце выглядело почти одинаково. Для нас это всегда был этот светящийся желтовато-белый объект на небе. Кажется, это не изменится, по крайней мере, для нас. Это потому, что он живет в совершенно ином масштабе, чем люди. Тем не менее, она меняется, но очень медленно, по сравнению со скоростью, с которой мы живем нашей короткой, быстрой жизнью. Если мы посмотрим на жизнь звезды в масштабе возраста вселенной (около 13,7 миллиардов лет), то Солнце и другие звезды живут вполне нормальной жизнью. То есть они рождаются, живут, развиваются, а затем умирают в течение десятков миллионов или миллиардов лет.

Чтобы понять, как эволюционируют звезды, астрономы должны знать, какие существуют типы звезд и почему они существенно отличаются друг от друга. Один шаг состоит в том, чтобы «сортировать» звезды в разные корзины, так же, как люди могут сортировать монеты или мрамор. Это называется «звездная классификация» и играет огромную роль в понимании того, как работают звезды.

Астрономы сортируют звезды в серии «мусорных корзин», используя следующие характеристики: температуру, массу, химический состав и т. Д. По температуре, яркости (светимости), массе и химическому составу Солнце классифицируется как человек среднего возраста. звезда это в период его жизни называется "основной последовательностью".

Практически все звезды проводят большую часть своей жизни в этой главной последовательности, пока не умрут; иногда нежно, иногда жестоко.

Основное определение того, что делает звезду главной последовательности, таково: это звезда, которая соединяет водород с гелием в своем ядре. Водород является основным строительным блоком звезд. Затем они используют его для создания других элементов.

Когда звезда образуется, это происходит потому, что облако газообразного водорода начинает сжиматься (сближаться) под действием силы тяжести. Это создает плотную, горячую протозвезду в центре облака. Это становится ядром звезды.

Плотность в ядре достигает точки, где температура составляет не менее 8-10 миллионов градусов Цельсия. Внешние слои протозвезды давят на ядро. Эта комбинация температуры и давления запускает процесс, называемый ядерным синтезом. Это точка, когда звезда рождается. Звезда стабилизируется и достигает состояния, называемого «гидростатическим равновесием», когда происходит излучение наружу давление в ядре уравновешивается огромными гравитационными силами звезды, пытающейся упасть на сам. Когда все эти условия выполнены, звезда находится «в главной последовательности» и начинает свою жизнь, превращая водород в гелий в своем ядре.

Масса играет важную роль в определении физических характеристик данной звезды. Это также дает понять, как долго звезда будет жить и как она умрет. Чем больше масса звезды, тем больше гравитационное давление, которое пытается сжать звезду. Чтобы бороться с этим большим давлением, звезда нуждается в высокой скорости слияния. Чем больше масса звезды, тем больше давление в ядре, тем выше температура и, следовательно, тем выше скорость слияния. Это определяет, как быстро звезда будет расходовать свое топливо.

Массивная звезда быстрее соединит свои запасы водорода. Это снимает его с главной последовательности быстрее, чем звезда с меньшей массой, которая использует свое топливо медленнее.

Когда у звезд заканчивается водород, они начинают сливать гелий в своих ядрах. Это когда они покидают главную последовательность. Звезды с большой массой становятся красные супергиганты, а затем развиваться, чтобы стать синие супергиганты. Он превращает гелий в углерод и кислород. Затем он начинает сливать их в неон и так далее. По сути, звезда превращается в фабрику создания химических веществ, в которой синтез происходит не только в ядре, но и в слоях, окружающих ядро.

В конце концов, звезда с очень высокой массой пытается сплавить железо. Это поцелуй смерти для этой звезды. Почему? Потому что сплавление железа требует больше энергии, чем у звезды. Он останавливает завод по производству фьюжн мертвым. Когда это происходит, внешние слои звезды разрушаются в ядре. Это происходит довольно быстро. Внешние края ядра падают первыми с удивительной скоростью около 70000 метров в секунду. Когда он попадает в железное ядро, все начинает отскакивать, и это создает ударную волну, которая пронзает звезду через несколько часов. В процессе, новые, более тяжелые элементы создаются, когда фронт удара проходит через материал звезды.
Это то, что называется сверхновой "коллапс ядра". В конце концов, внешние слои взрываются в космос, и остается только свернутое ядро, которое становится нейтронная звезда или же черная дыра.

Звезды с массами от половины массы Солнца (то есть от половины массы Солнца) до примерно восьми масс Солнца будут превращать водород в гелий до тех пор, пока топливо не будет израсходовано. В этот момент звезда становится красным гигантом. Звезда начинает сливать гелий в углерод, и внешние слои расширяются, превращая звезду в пульсирующий желтый гигант.

Когда большая часть гелия слита, звезда снова становится красным гигантом, даже больше, чем прежде. Внешние слои звезды расширяются в космос, создавая планетарная туманность. Ядро углерода и кислорода останется в форме белый Гном.

Звезды менее 0,5 солнечных масс также сформируют белых карликов, но они не смогут слить гелий из-за отсутствия давления в ядре из-за их небольшого размера. Поэтому эти звезды известны как гелиевые белые карлики. Как нейтронные звезды, черные дыры и сверхгиганты, они больше не принадлежат к главной последовательности.