11
Содержание
Введение 3
1.Источники энергии звезд 5
Гравитационное сжатие 5
Термоядерный синтез 6
2. Ранние стадии эволюции звезд 11
3. Выход звезд из главной последовательности. Гравитационный коллапс и
поздние стадии эволюции звезд 15
4. Особенности эволюции тесных двойных систем 22
Заключение 25
Список использованной литературы 26
Введение
Многие сотни и тысячи лет человечество пользовалось дарами Солнца, не
задумываясь о его природе. Позже Солнце обожествляли древние египтяне,
персы. Но они также мизерно мало знали о истинной природе Солнца. В те
времена астрономия только зарождалась, делала первые шаги, училась
измерять расстояния, предсказывать разливы рек и время солнечных и
лунных затмений.
Развитие науки в Древнем мире и особенно греческой философии привело к
тому, что зародилось учение о том, что звезды – это далекие солнца. Но
природа и этих далеких солнц и нашего более близкого светила была не
известной. Сократ сказал: «все это навсегда останется тайной для
смертного и самим богам жалко смотреть на старания человека разгадать
то, что они навсегда скрыли от человека…». Через две тысячи лет то же
твердил и французский философ Огюст Конт: «мы ничего не можем узнать о
звездах. Кроме того, что они существуют. Даже их температура навсегда
останется неизвестной…». Но наука, как и наш мир, развивается и через
сто лет все изменилось…
За последние сто лет, несмотря на пессимистические прогнозы Конта,
удалось выяснить основные проблемы, что касаются природы звезд и физики
процессов, которые происходят в их недрах. Астрономы шаг за шагом,
постепенно, вторгаются в ту область, которая за Сократом навсегда должна
быть тайной для смертного.
Целью нашей работы будет рассмотреть те физические процессы, которые
являются источниками энергии звезд, рассмотреть процессы термоядерного
синтеза и их виды, которые проходят в недрах звезд на разных этапах ее
развития. Также рассмотрим механизмы переноса энергии к поверхности
звезд, что также довольно важно при выяснении характера звезды.
Звезды вечны с точки зрения человека, но они не вечны с точки зрения
самих звезд. Звезды рождаются и стареют, время жизни человека мизерно по
сравнению с временем жизни самой звезды. Но при помощи математического
аппарата и наблюдений вселенной астрономы смогли рассчитать модели
развития звезд в зависимости от ее массы, радиуса и т.п. Поэтому в нашей
работе мы рассмотрим также и процессы эволюции звезд.
1. Источники энергии звезд
На протяжении ста лет после формулирования Р. Майэром в 1842 году закона
сохранения энергии высказывали много гипотез о природе источников
энергии звезд, в частности была предложена гипотеза о выпадении на
звезду метеорных тел, радиоактивном распаде элементов, аннигиляции
протонов и электронов. Реальное значение имеют только гравитационное
сжатие и термоядерный синтез.
Г??????е ???
Звезду массой т? и радиусом R можно характеризовать ее потенциальной
энергией Е. Потенциальной, или гравитационной, энергией звезды
называется работа, которую надо затратить, чтобы распылить вещество
звезды на бесконечность. И наоборот, эта энергия высвобождается при
сжатии звезды, т.е. при уменьшении ее радиуса. Значение этой энергии
можно вычислить при помощи формулы: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Потенциальная энергия Солнца равна: Е?= 5,9?1041 Дж.
Теоретическое исследование процесса гравитационного сжатия звезды
показало, что приблизительно половину своей потенциальной энергии звезда
излучает, тогда, как вторая половина тратится на повышение температуры
ее массы приблизительно до десяти миллионов кельвинов. Нетрудно, однако,
убедиться, что эту энергию Солнце высветило бы за 23 млн. лет. Итак,
гравитационное сжатие может быть источником энергии звезд только на
некоторых, довольно кратких этапах их развития.
Т??я??? ???
Теорию термоядерного синтеза сформулировали в 1938 г. немецкие физики
Карл Вейцзеккер и Ганс Бете. Предпосылкой этого было, во-первых,
определение в 1918 г. Ф. Астоном (Англия) массы атома гелия, который
равняется 3,97 массы атома водорода, во-вторых, выявление в 1905 г.
связи между массой тела т и его энергией Е в виде формулы Эйнштейна:
Е=тс2
где с – скорость света, в-третьих, выяснение в 1929 г. того, что
благодаря туннельному эффекту две одинаково заряженные частицы (два
протона) могут сближаться на расстояние, где превосходящей будет сила
притяжения, а также открытие в 1932 г. позитрона е+ и нейтрона п.
Первой и наиболее эффективной из реакций термоядерного синтеза есть
образования из четырех протонов р ядра атома гелия по схеме: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Очень важно то, что здесь возникает дефект массы: масса ядра гелия
равняется 4,00389 а.е.м., тогда как масса четырех протонов 4,03252
а.е.м. За формулой Эйнштейна вычислим энергию, которая выделяется во
время образования одного ядра гелия:
picscalex1000100090000035f02000002001c0000000000050000000902000000000500
0000020101000000050000000102ffffff00050000002e0118000000050000000b020000
0000050000000c02a002401e1200000026060f001a00ffffffff000010000000c0ffffff
a4ffffff001e0000440200000b00000026060f000c004d61746854797065000050001c00
0000fb0297fde300000000009001000000020002001053796d626f6c007740000000d912
0a8eb7c5c677c0c5c67720c0c97700003000040000002d01000008000000320aff01280f
0100000028791c000000fb0297fde300000000009001000000020002001053796d626f6c
00774000000075140a32b7c5c677c0c5c67720c0c97700003000040000002d0101000400
0000f001000008000000320aff0115130100000029791c000000fb0280fe000000000000
9001010000cc0402001054696d6573204e657720526f6d616e00b7c5c677c0c5c67720c0
c97700003000040000002d01000004000000f001010008000000320a00028a1b02000000
c4e608000000320a0002460001000000c5e61c000000fb0220ff00000000000090010000
00cc0402001054696d6573204e657720526f6d616e00b7c5c677c0c5c67720c0c9770000
3000040000002d01010004000000f001000008000000320a5401351a0200000031320800
0000320a07018d1301000000323208000000320a54015d1201000000383208000000320a
5401510d0200000032371c000000fb0280fe0000000000009001000000cc040200105469
6d6573204e657720526f6d616e00b7c5c677c0c5c67720c0c97700003000040000002d01
000004000000f001010008000000320a0002191802000000313008000000320a0002d616
01000000333008000000320a00027c16010000002c3008000000320a0002c31501000000
343008000000320a0002c61002000000313008000000320a0002830f0100000033300800
0000320a0002350b02000000313008000000320a0002200902000000363708000000320a
0002c008010000002c3708000000320a000224080100000031370a000000320a0002e103
0500000030323836330008000000320a00028103010000002c3208000000320a0002c802
0100000030321c000000fb0220ff0000000000009001000000020002001053796d626f6c
007740000000fe160accb7c5c677c0c5c67720c0c97700003000040000002d0101000400
0000f001000008000000320a5401bb19010000002d3208000000320a5401d70c01000000
2d321c000000fb0280fe0000000000009001000000020002001053796d626f6c00774000
000034120accb7c5c677c0c5c67720c0c97700003000040000002d01000004000000f001
010008000000320a0002b41701000000d73208000000320a00029414010000003d320800
0000320a0002611001000000d73208000000320a00029e0e01000000d73208000000320a
0002d00a01000000d73208000000320a0002bf0701000000d73208000000320a00029f01
010000003d320a00000026060f000a00ffffffff0100000000001c000000fb0210000700
00000000bc02000000cc0102022253797374656d000000000a0021008a01000000000100
0000f8f31200b9c1c677040000002d01010004000000f0010000030000000000
Нетрудно подсчитать, что если бы Солнце на начальной стадии развития
состояло из одного водорода, то его превращение в гелий было бы
достаточным для существования Солнца как звезды при нынешних потерях
энергии около 100 млрд. лет. На самом деле же идет речь о «выгорании»
около 10% водорода из глубочайших недр звезды, где температура
достаточна для реакций синтеза.
Реакции синтеза гелия могут проходить двумя путями. Первый называется
рр-циклом, второй – СNО-циклом. В том и другому случае дважды в каждом
ядре гелия протон превращается в нейтрон по схеме: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,
где V – нейтрино.
В таблице 1 указано среднее время каждой из термоядерных реакций
синтеза, промежуток, за который количество исходных частичек уменьшится
в е раз.
Таблица 1. Реакции синтеза гелия.
Реакция Выделяемая энергия, МэВСреднее время реакции.рр-цикл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,44
5,9
12,85
14 млрд. лет
5 с
1 млн. лет CNO-цикл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1,95
2,22
7,54
7,35
2,71
4,96
13 млн. лет
7 мин.
2,7 млн. лет
320 млн. лет
82 с
110 тыс. лет
Эффективность реакций синтеза характеризуется мощностью источника,
количеством энергии, которая высвобождается в единице массы вещества за
единицу времени. Из теории вытекает, что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, тогда
какpicscalex104010009000003fd00000002001c0000000000050000000902000000000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 . Граница температуры Т, выше которой главную роль
сыграет не рр-, а CNO-цикл, равна 15?106 К. В недрах Солнца основную
роль сыграет рр-цикл. Именно потому, что первая из его реакций имеет
очень большое характерное время (14 млрд. лет), Солнце и подобные ему
звезды проходят свой эволюционный путь около десяти миллиардов лет. Для
более массивных белых звезд это время у десятки и сотни раз меньше,
поскольку значительно меньшим есть характерное время основных реакций
CNO-цикла.
Если температура в недрах звезды после исчерпания там водорода достигнет
сотен миллионов кельвинов, а это возможно для звезд с массой т >1,2 m?,
то источником энергии становится реакция преобразования гелия в углерод
по схеме: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. Расчет показывает, что запасы гелия звезда истратит приблизительно за
10 млн. лет. Если ее масса достаточно большая, ядро продолжает сжиматься
и при температуре свыше 500 млн. градусов становятся возможными реакции
синтеза более сложных атомных ядер по схеме: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При высших температурах перебегают такие реакции: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и т.д. вплоть до образования ядер железа. Это реакции экзотермические,
вследствие их хода энергия высвобождается.
Как знаем, энергия, которую излучает звезда в окружающее пространство,
выделяется в ее недрах и постепенно просачивается к поверхности звезды.
Это перенесение энергии через толщу вещества звезды может осуществляться
двумя механизмами: лучистым переносом или конвекцией.
В первом случае речь идет о многоразовом поглощении и переизлучении
квантов. Фактически при каждом таком акте проходит дробление квантов,
поэтому вместо жестких ?-квантов, которые возникают при термоядерном
синтезе в недрах звезды до поверхности ее доходят миллионы квантов
низкой энергии. При этом исполняется закон сохранения энергии.
В теории переноса энергии введено понятие длинны свободного пробеге
кванта некоторой частоты ?. Нетрудно сориентироваться, что в условиях
звездных атмосфер, длина свободного пробега кванта не превышает
нескольких сантиметров. И время просачивания квантов энергии от центра
звезды к ее поверхности измеряется миллионами лет. Однако в недрах звезд
могут сложиться условия, при которых такое лучистое равновесие
нарушается. Аналогично ведет себя вода в сосуде, который подогревают
снизу. Определенное время здесь жидкость находится в состоянии
равновесия, так как молекула, получив излишек энергии непосредственно от
дна сосуда, успевает передать часть энергии за счет столкновений другим
молекулам, которые находятся выше. Тем самым устанавливается
определенный градиент температуры в сосуде от ее дна к верхнему краю.
Однако со временем скорость, с которой молекулы могут передавать энергию
вверх за счет столкновений, становится меньше темпа передачи тепла
снизу. Наступает кипение – перенос тепла непосредственным перемещением
вещества.
В основе теории конвекции лежит принцип, что во время движения вверх
каждый элемент массы не успевает обмениваться энергией с окружающим
веществом, т.е. что это движение адиабатическое. Это дает возможность
разработать теорию конвективного движения, а соответствующие уравнения
решать в объединении с уравнением гидростатического равновесия. Хотя в
определенных частях звезды может существовать конвективная зона,
равновесие звезды как целого сохраняется.
Как выяснено, в условиях звездных конфигураций конвекция возникает в
двух случаях в центральной части звезды, если выделение энергии там
происходит в весьма быстром темпе (благодаря процессам CNO-цикла), это
касается звезд, массы которых превышают солнечную, и в оболочках звезд,
если вещество там мало или совсем не ионизировано.
2. Ранние стадии эволюции звезд
За современными представлениями звезды образовываются вследствие
гравитационного сжатия фрагментов газово-пылевых туч. Как показывают
исследования, имеющиеся в межзвездной среде газо – пылевые комплексы,
массы которых достигают 103.. 104 m?, размеры 10 . 100 пк, а температуры
нескольких десятков кельвинов, есть гравитационно-неустойчивыми и они
должны сжиматься. При этом часть энергии идет на нагревание вещества.
Тем не менее, газ и пылинки быстро трансформируют эту энергию в
инфракрасное излучение, которое свободно оставляет газопылевой комплекс.
Это приводит к тому, что температура вещества, которое сжимается,
практически не изменяется, тогда, как ее плотность возрастает. И в конце
концов, в соответствии с критерием гравитационной неустойчивости Джинса,
массивная газо – пылевая туча начинает измельчаться на отдельные
фрагменты, которые, сжимаются, превращаясь в протозвезды – зародыши
будущих звезд.
Однако для того, чтобы протозвезда могла сжиматься в дальнейшем, она
должна непрерывно терять тепловую энергию, которая выделяется при
сжатии. Иначе температура вещества возрастет настолько, что давление
газа будет препятствовать этому сжатию. Таким механизмом отвода тепла
выступает инфракрасное излучение пыли и молекул газа. Это излучение
свободно выходит из протозвезды, унося с собой излишек тепловой энергии.
Таким образом, протозвезды являются мощными источниками инфракрасного
излучения. Наблюдения показывают, что в межзвездных газопылевых
комплексах есть компактные источники инфракрасного излучения. Это
объекты Хербига – Аро (их известно свыше 100), названные так в честь
астрономов, открывших их. Очевидно, протозвездами будут и источники
мазерного излучения молекул Н2О и ОН.
За последние 40 лет представления об изменении физических параметров
протозвезд, а также и о их эволюционных треках на диаграмме
спектр-светимость, радикально пересмотрены. За это же время
усовершенствованы методы вычислений радиуса, поверхностной температуры и
светимости протозвезд, ее внутренней структуры при помощи
электронно-вычислительных машин.
Например, в 50-ых годах считали, что эволюционная кривая, которую
описывает протозвезда на диаграмме спектр-светимость, начинается в
дальнем правом нижнем углу этой диаграммы, и что светимость протозвезды
медленно и непрерывно возрастает вплоть до выхода на главную
последовательность. При этом считали, что во время гравитационного
сжатия звезды энергия в ней переносится лишь переизлучением. Однако в
1961 г. японский астроном Ч. Хаяши выяснил, что когда звезда сжимается
как единое целое, то энергия в ней от центра к поверхности переносится
конвекцией. В 80-ых годах доказали, что на самом деле часть газопылевой
тучи сжимается как целое (в режиме свободного падения) лишь на начальной
стадии.
Как только в центральной зоне сначала однородного газового шара
образовывается ядро со значительно высшей плотностью, то ускорение силы
тяжести возле него увеличивается и соответственно возрастает скорость
падения внутренних слоев протозвезды. Ядро сжимается, масса его
непрерывно возрастает, соответственно увеличивается и температура в
центре. Через несколько десятков тысяч лет после начала формирования
температура уже достигает значения свыше 106К, так что в ядре начинает
выгорать дейтерий. Энергия через все вещество ядра переносится
конвекцией. Однако все это излучение поглощает вещество оболочки,
которая продолжает падать на уже сформированный зародыш протозвезды. И
лишь, после того как основная часть массы оболочки упадет на ядро, а ее
остаток становится прозрачным, мы можем заметить свет самой звезды. Ядро
сжимается до тех пор, пока температура в нем не достигнет значения,
достаточного для реакций синтеза гелия из четырех протонов. Сила
тяготения в каждой точке звезды уравновешивается соответственно
градиентом давления и на диаграмме спектр-светимость звезда,
соответственно ее массе, занимает определенное место на главной
последовательности.
Итак, главная последовательность – это геометрическое место точек на
диаграмме спектр-светимость, которые отображают положение звезд, в
недрах которых водород превращается в гелий.
Вычисления показывают, что сжатие протосолнца длилось около 25 млн. лет.
Для других звезд это время тем меньше, чем больше их масса. Протозвезда
с массой 15т? эволюционирует к главной последовательности за 60 000 лет,
а с массой m=0,5 т? – около 150 млн. лет.
Все эти данные дают лишь более или менее возможные схемы развития
протозвезд. Так как еще не выяснено, насколько правильный выбор
математических соотношений, которые описывают перенесение энергии из
недр звезды конвекцией, как влияет на эволюционный путь звезды ее
обращение вокруг оси, а также магнитное поле, которое пронизывает
газопылевое облако. Что касается вращения, то очевидно, что оно придает
сферическую симметрию. Вычисления, которые пока что приходится проводить
с определенными упрощениями, дают возможность сделать вывод, что
фрагмент, который от начала имел заметное вращение, со временем
сплющивается в направлении оси вращения. При дальнейшей эволюции
фрагмента он превращается в кольцо, в котором через несколько десятков
тысяч лет формируется два диаметрально противоположных уплотнения,
которые дальше становятся звездами, образовывая двойную систему.
Уплотнения, которые формируется в центральной зоне протозвезды, может
избавиться своего момента количества движения (передать его периферийным
частям облака) благодаря магнитным полям, а также турбулентным движениям
с учетом трения. Однако эти процессы наименее изучены.
3. Выход звезд из главной последовательности. Гравитационный коллапс и
поздние стадии эволюции звезд
Пребывание звезды на главной последовательности длится до тех пор, пока
в ее недрах не исчерпается ядерное горючее – водород. Точнее, как это
определили в 1942 г. М. Шенберг и С. Чандрасекар, пока в центре звезды
не образуется гелиевое ядро с массой 10…12% массы Солнца. Время, за
которое звезда достигает предела Шенберга-Чандрасекара (т.е. время
пребывания на главной последовательности), описывает формула: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 (1).
Здесь учтено, что светимость звезды равна:
picscalex100010009000003fd00000002001c0000000000050000000902000000000500
0000020101000000050000000102ffffff00050000002e0118000000050000000b020000
0000050000000c020002c0041200000026060f001a00ffffffff000010000000c0ffffff
b7ffffff80040000b70100000b00000026060f000c004d61746854797065000030001c00
0000fb0220ff0000000000009001000000cc0402001054696d6573204e657720526f6d61
6e00b7c5c677c0c5c67720c0c97700003000040000002d01000008000000320af4000304
0100000034791c000000fb0280fe0000000000009001000000cc0402001054696d657320
4e657720526f6d616e00b7c5c677c0c5c67720c0c97700003000040000002d0101000400
0000f001000008000000320aa0018901010000007e791c000000fb0280fe000000000000
9001010000cc0402001054696d6573204e657720526f6d616e00b7c5c677c0c5c67720c0
c97700003000040000002d01000004000000f001010008000000320aa001cc0201000000
6d7908000000320aa0014600010000004c790a00000026060f000a00ffffffff01000000
00001c000000fb021000070000000000bc02000000cc0102022253797374656d00000000
0a0021008a010000000001000000f8f31200b9c1c677040000002d01010004000000f001
0000030000000000 и запасы энергии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. По всей
видимости, звезда спектрального класса В, что имеет массу m = 20m?
находится на главной последовательности несколько миллионов лет (звезда
типа Солнца c m = 1m? – на протяжении 10 млрд. лет, а красный карлик с
массой m = 0,5 m? около 100 млрд. лет).
С уменьшением содержания водорода в ядре звезды коэффициент
непрозрачности вещества непрерывно уменьшается. Это приводит к
непрерывной перестройке звезды, что сопровождается сжатием ее ядра и
разбуханием оболочки. При этом часть потенциальной энергии переходит в
тепло, температура звезды возрастает. В это время реакции синтеза гелия
из водорода проходят в тонком сферическом слое, который непосредственно
окружает ядро. Поскольку водород в упомянутом слое также постепенно
выгорает, то соответственно непрерывно возрастает масса гелиевого ядра.
Это приводит к увеличению силы тяготения, дальнейшему сжатию ядра и к
росту температуры в нем. Соответственно возрастает светимость звезды.
Энергия, которая выделяется в ее недрах, не успевает просачиваться
наружу с помощью переизлучения фотонов, поэтому возникают конвективные
потоки, так что очень быстро конвекция становится решающим механизмом
перенесения энергии от ядра через оболочку звезды.
Ядро сжимается и температура его повышается до тех пор, пока в нем не
начнутся реакции синтеза более тяжелых химических элементов (если масса
звезды m > 1,2m?). Например, при температуре 200 млн. кельвинов при
соединении трех ядер атома гелия синтезируются ядра атома углерода, а со
временем при еще высших температурах образовываются кислород, неон и
т.д. При этом на некоторое время энергии, которая выделяется,
достаточно, чтобы временно остановить сжатие ядра. Реакции синтеза
перебегают с выделением энергии вплоть до синтеза ядер атомов железа.
Более тяжелые химические элементы, которые также образовываются,
является следствием хода эндотермических реакций, которые сопровождаются
некоторым охлаждением недр звезды.
За все время выгорания водорода в ядре звезды она немного смещается на
главной последовательности и очень быстро оставляет ее, как только
достигнет предела Шенберга-Чандрасекара, превратившись в зависимости от
своей массы в красного гиганта или сверхгиганта.
Если масса звезды m 1,2m?, то после достижения в ее
недрах плотности 109 кг/м3 сжатие не прекращается. Сила веса здесь
настолько большая, что даже давление вырожденного электронного газа не в
состоянии ему противодействовать. Поэтому при сжатии ядра звезды
распадаются ядра тяжелых элементов на более простые и проходят реакции
«нейтронизации» вещества: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Протоны, из которых состоят атомные ядра, которые образовались на
предыдущей стадии эволюции звезды, наконец превращаются в нейтроны.
Если, масса ядра меньше 3m?, то его сжатие остановится при плотности
около 1017 кг/м3. Благодаря действию принципа запрета Паули при
упомянутых плотностях в нейтронном газе также будет действовать
специфическая сила отталкивания, которая не дает возможности веществу
сжиматься дальше. Ядро такой звезды станет нейтронной звездой.
Ядро сжимается к размерам нейтронной звезды очень быстро, поскольку нет
сил, которые могли бы воспрепятствовать этому. В свою очередь, при
столкновении вещества оболочки, которая падает вниз, с поверхностью ядра
образуется мощная ударная волна, которая распространяется вверх, срывая
эту оболочку. Все это создает эффект вспышки сверхновой звезды.
При условиях, созданных в недрах массивных звезд на поздних этапах их
эволюции, важную роль в поддержке равновесия звезды играют нейтрино. Как
упоминалось (7, ст. 56), из недр Солнца нейтрино выносят 5% энергии,
которые там синтезируется. С повышением температуры в недрах звезды роль
потоков нейтрино в вынесении энергии и в охлаждении постоянно
возрастает. В частности, при температурах, выше 300 млн. кельвинов,
значительное количество нейтрино и антинейтрино образуется вследствие
рассеяния гамма-квантов на электронах (по схеме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), в дальнейшем
– при свободных переходах электронов е- в поле атомных ядер: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.
Вынося большое количество энергии из недр звезды (при температуре свыше
1 млрд. кельвинов это составляет около 50% всей энергии, которая
высвобождается за счет гравитационного сжатия и термоядерных реакций),
нейтрино тем самым существенным образом охлаждают ядро и выступают
причиной все большего сжатия в ускоренном темпе. За подсчетами, без
таких потерь энергии углерод в ядре звезды с массой 15,6m? сгорал бы на
протяжении 250 тыс. лет. Вынесение же энергии нейтринными парами
сокращает продолжительность эволюции звезды на этом этапе до 20 тыс.
лет. Следующие термоядерные реакции, если бы не было нейтринных потоков,
длились бы около 600 тыс. лет. Перенесение же энергии из недр звезды
нейтринными потоками приводит к тому, что конечные фазы эволюции звезд
имеют черты взрыва – коллапса, поскольку ядро сжимается катастрофически.
Правильность этой схемы подтвердили наблюдение сверхновой из Большого
Магелланового Облака, когда соответственно проведенных вычислений для
таких явлений зафиксировали кратковременный импульс нейтринного
излучения.
Сложнее говорить о конечных этапах развития звезды, масса которой больше
3m?, поскольку масса нейтронной звезды не может превышать указанное
значение. Высказывают допущение, что такие звезды после перехода в
стадию сжатия продолжают его, превращаясь, наконец, в черные дыры.
Однако есть основания утверждать, что большинство массивных звезд (с
массой меньшей, чем 10m?) избавляется от излишка своей массы на тех
этапах эволюции, когда после выгорания (следует помнить, что срок этот
условный) водорода, потом гелия и других элементов в недрах звезды, она
на короткое время становится сверхгигантом. Такие надгиганты, с
поверхности которых интенсивно «стекает» вещество (с темпом его потери
до 10-5 m?/год), в самом деле существуют. Однако полностью возражать
против возможности сжатия массы звезды за ее сферу Шварцшильда нельзя.
По статистическим данным видно, что каждый год в Галактике должны были
бы завершать свою эволюцию около пяти звезд с массами свыше 3m?, и
столько должно было бы вспыхивать сверхновых. Но в среднем в Галактике
вспыхивает одна сверхновая за 50 лет (в наше время в последний раз это
случилось в 1604 г.). Поэтому не исключено, что определенное количество
звезд переходит в новое состояние (возможно, в состояние черной дыры),
«беззвучно», без внешних эффектов.
Хотя сама вспышка сверхновой, явление кратковременное, в этот момент
проходят важные реакции синтеза тяжелых химических элементов. Поэтому
кратко перечислим все процессы синтеза с общепринятыми названиями (7,
ст. 112).
Н- процесс – превращение водорода в гелий в недрах обычных звезд, в том
числе в недрах Солнца, по схеме: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.
а- процесс – совокупность реакций синтеза углерода и гелия по схеме
34Неpicscalex1000100090000039d00000002001c000000000005000000090200000000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С,
а также последующие реакции синтеза ядер кислорода, неона, магния (12С +
4Неpicscalex1000100090000039d00000002001c0000000000050000000902000000000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О,
16О +
4Неpicscalex1000100090000039d00000002001c0000000000050000000902000000000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е
и т.д.), что протекают в недрах звезд с массой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? при температурах больше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.
е-процесс – образование ядер элементов группы железа: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в недрах массивных звезд при температурах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 непосредственно перед вспышкой
звезды как сверхновой.
s-процесс (от англ. Slow – медленный) – процесс медленного захвата
нейтронов в ядрах звезд с массой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? на позднем этапе их эволюции. Попадая в ядро, нейтрон
превращается в протон раньше, чем это ядро захватит еще один нейтрон и
станет стойким изотопом. Так образовываются ядра более тяжелых (после
железа) химических элементов вплоть до висмута (209Ві).
r-процесс (от англ. rаріd – быстрый) – быстрый процесс захвата нейтронов
атомными ядрами, который происходит в недрах сверхновой во время вспышки
на протяжении всего около 100 с. При этом образовываются элементы с
атомной массой около 270, в том числе уран и торий.
р-процесс – процесс захвата протонов ядрами тяжелых элементов, который
происходит в оболочках сверхновых.
?-процесс – образование в оболочке сверхновой ядер некоторых химических
элементов при взаимодействии с веществом оболочки потоков нейтрино,
которые выходят из недр колапсирующего ядра звезды.
Х-процесс – образование лития, бериллия и бора вследствие процессов
расщепления, при которых легкая частица высокой энергии сталкивается с
тяжелым ядром и выбивает из него легкий осколок. Так объясняют разность
в средний распространенности химических элементов в Солнечной системе и
их содержимым в космических лучах, где Х-процессы очень эффективны.
4. Особенности эволюции тесных двойных систем
Двойные, как и более сложные звездные системы (кратные звезды),
формируются благодаря сохранению момента количества движения. Поэтому в
каждом конкретном случае возраст звезд, которые образовывают эту
систему, должен быть одинаковым. А если это так, то любые отличия между
компонентами (размеры, поверхностные температуры и т.п.) были бы
обусловленные разностью в значениях их масс.
Но наблюдаемые звездные системы очень часто резко противоречат этой
теоретической схеме. Особенно это касается тесных двойных систем.
Например, в подавляющем большинстве хорошо изученных тесных двойных
систем один из компонентов есть субгигантом, тогда как второй –
нормальной звездой главной последовательности. При этом оказывается, что
массы субгигантов, как правило, меньше масс звезд главной
последовательности – компонентов той же системы. А это противоречит
приведенной выше теории эволюции одинарных звезд, ведь в зону красных
гигантов быстрее должна передвигаться та звезда, которая имеет большую
массу.
Эту проблему решили, когда выяснили, что субгиганты – компоненты тесных
двойных систем заполняют свою полость Роша (3, ст. 367). В тесных
двойных системах поверхность Роша ограничивает возможные размеры
компонентов звездной системы. Поэтому можно утверждать, что начальные
массы красных субгигантов были большими. Однако в процессе эволюции
такой звезды после выгорания основной части водорода в ее недрах ядро
сжималось, и разбухала оболочка. Во время такого расширения вещество
оболочки пересекало поверхность Роша и покидало звезду, переходя к
звезде-спутнику и оседая на его поверхности. В этом заключается так
называемая гипотеза «изменения ролей»: вследствие обмена массой главным
компонентом системы становится звезда, начальная масса которой сначала
была меньшей и которая поэтому еще остается в своей эволюции на главной
последовательности. Значительный излишек светимости субгиганта
(приблизительно на 3т), который противоречит его малой массе,
объясняется повышенным содержанием гелия во внешних слоях звезды,
благодаря чему эти слои более прозрачны. А это оказывает влияние на
излучение энергии, которая освобождается в недрах звезды.
Расчеты подтверждают высокую эффективность процесса «изменения ролей».
Оказывается, что такое «изменение ролей» в каждой двойной системе может
происходить несколько раз. Потеряв часть массы, первая звезда со
временем, сжавшись, за своими размерами может стать меньше своей полости
Роша, тогда как вторая, расширившись, заполнит свою полость, и процесс
обмена массой повторится, но уже в обратном направлении. За
вычислениями, такой обмен массой длится всего несколько десятков или
сотен тысяч лет.
Приведем пример таких вычислений. Рассмотрим эволюцию тесной двойной
системы с массами m1=5m? и m2=4m? при расстоянии между компонентами
равном а=13,8R?. Сначала эволюция первой звезды проходит так же, как и
одинарной, и на диаграмме спектр-светимость она смещается из главной
последовательности немного вверх. В скором времени звезда заполняет свою
полость Роша и вещество начинает переплывать ко второму компоненту,
причем за всего 420 000 лет масса первой звезды уменьшится до 0,94m?. На
диаграмме спектр-светимость звезда опускается вниз почти параллельно к
главной последовательности, причем ее светимость уменьшается почти в
десять раз. После этого первая звезда двигается вверх к начальной
светимости и быстро передвигается влево в зону белых карликов. Второй
компонент увеличивает свою массу вдвое и передвигается вверх вдоль
главной последовательности.
С обменом массой в тесных двойных системах связан феномен вспышки новой
звезды. Анализ показал, что вспышка возникает в том случае, если
компонентом, который увеличивает свою массу, есть белый карлик. Падая на
поверхность звезды белого карлика, вещество (главным образом водород)
накапливается, сжимается и нагревается. И если масса вещества,
захваченного звездой, будет составлять приблизительно 10-3m?, то
температура и плотность в поверхностном слое белого карлика возрастут
настолько, что в нем станут возможными термоядерные реакции азотного
цикла. При этом выделение тепла вверх здесь недостаточно быстрое. Как
следствие, в водородной оболочке белого карлика развивается тепловая
неустойчивость, наступает взрыв и накопленную при акреции оболочку
срывает ударная волна.
Таким образом, можно объяснить как наблюдаемую мощность вспышек новых
звезд, так и наличие повторных новых.
Эффективность механизма обмена массой, очевидно, существенным образом
уменьшается с ростом массы компонентов в том понимании, что тогда
значительная часть массы попадает в межзвездное пространство, так что
система ее вообще теряет. В качестве примера можно показать, что в ряде
случаев компонентами тесных двойных (спектрально-двойных) систем есть
звезды Вольфа-Райе – объекты, массы которых достигают 10m?. Здесь
скорости разлета газовой оболочки составляют 1000… 1500 км/с при темпе
потери массы 10-5…10-4 m?0 за год. Важную роль при этом, очевидно,
играет высокая светимость упомянутых звезд и световое давление в их
внешних слоях. Особенности эволюции звезд Вольфа-Райє окончательно еще
не выяснены. На сегодня установлено, что в их атмосферах больше гелия,
чем водорода, и что они в основном принадлежат к плоской составляющей
Галактики и являются молодыми звездами.
Заключение
В работе мы рассмотрели вопросы эволюции звезд, генерации и
распространения энергии в оболочках звезд. В работе рассмотрено пути
эволюции звезд в зависимости от их массы и показано последние этапы
эволюции разных систем. Также рассмотрено эволюцию тесных звездных
систем, в которых возможен обмен массой и энергией.
Рассмотрено также пути генерации энергии в ядрах звезд в зависимости от
их положения в главной последовательности и различные термоядерные циклы
генерации.
Рассмотренные вопросы описывают развитие звезды во времени.
Список использованной литературы
1. Воронцов-Вельяминов Б. А. Очерки о вселенной. 8-е изд. М.: Наука,
1980, 248 с.
2. Гиндилис Л.М. 1990. Андрей Дмитриевич Сахаров и поиски внеземных
цивилизаций // Земля и Вселенная. 1990. N 6. С. 63-67.
3. Ефремов И. Н. Из глубины Вселенной. 248 с. Ильяминов Б. А. Очерки о
вселенной, массы, радиуса и т.п. с временем жизни самой звезды и
характера звезд М.: Наука, 1984, 196 с.
4. Климишин И. А. Астрономия наших дней. 3-е изд. М.: Наука, 1986, 286
с.
5. Климишин И. А. Открытие Вселенной. 2-е изд. М.: Наука, 1992, 248 с.
6. Климишин А. В. Астрономия. М.: Наука, 1992., 237 с.
7. Шкловский И. С. Звезды: их рождение, жизнь и смерть. 3-е изд. М.:
Высшая школа, 1984, 342 с.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
