Звёзды и их виды

Давайте разберёмся, что же из себя представляют звезды и из чего они состоят?

Звезда — это огромное небесное тело, состоящее в основном из водорода и гелия, которое производит свет и тепло благодаря термоядерным реакциям в своем ядре. Эти реакции происходят при очень высоких температурах и давлениях, что позволяет звезде поддерживать свою стабильность на протяжении миллионов и миллиардов лет. Звезды могут быть разных размеров и типов, но все они следуют схожим стадиям эволюции.

Кратко о видах звёзд

Красный гигант

Существует множество разных звезд: одни более горячие, другие более холодные, одни большие, другие (условно) маленькие. Звезда красный гигант имеет невысокую температуру поверхности и огромный радиус. Из-за этого она обладает высокой светимостью. Радиус красного гиганта может достигать 800 солнечных, а яркость способна превосходить солнечную в 10 тыс. раз. Альдебаран, Арктур, Гакрукс — красные гиганты, входящие в список ярчайших светил ночного неба. При этом красные гиганты не самые массивные. Самые большие звезды — красные сверхгиганты: их радиус может превышать солнечный в 1500 раз.

Красный гигант — это конечный этап эволюции звезды. Звезда становится красным гигантом, когда в ее центре весь водород превращается в гелий, а термоядерное горение водорода продолжается на периферии гелиевого ядра. Таким образом, все красные гиганты имеют похожее строение: горячее плотное ядро и очень разреженную и протяженную оболочку. Это ведет к росту светимости, расширению внешних слоев и снижению температуры на поверхности. А также к интенсивному звездному ветру — истечению вещества из светила в межзвездное пространство.

Белый карлик

Звезда-карлик — это полная противоположность звезде-гиганту. Перед нами проэволюционировавшее светило, масса которого сравнима с массой Солнца. При этом радиус белых карликов примерно в 100 раз меньше радиуса нашего светила. «Рождаются» они, когда красные гиганты «сбрасывают» свою оболочку, которая в виде планетарной туманности рассеивается в межзвездном пространстве. Оставшееся холодное и почти не излучающее гелиевое ядро и называют белым карликом. Белые карлики занимают 3–10% звездного населения нашей Галактики, но из-за малой светимости выявить их очень тяжело. «Пожилой» белый карлик непосредственно белым уже не является. Само название произошло от цвета первых открытых звезд, например Сириуса В (его размеры, кстати, можно вполне сравнить с размерами нашей Земли). По сути, белый карлик вообще не является звездой, поскольку в его недрах уже не идут термоядерные реакции.

Желтые карлики

Об этом типе звезд знают далеко не все. И это странно, ведь наше родное Солнце — это типичный желтый карлик. Желтые карлики — небольшие звезды, масса которых составляет 0,8–1,2 солнечной. Это светила так называемой главной последовательности. На диаграмме Герцшпрунга—Рассела это область, которая содержит звезды, использующие в качестве источника энергии термоядерную реакцию синтеза гелия из водорода.

Желтые карлики имеют температуру поверхности 5000–6000 K, а среднее время их жизни составляет 10 млрд лет. Такие звезды превращаются в красных гигантов после того, как их запас водорода сжигается. Подобная участь ожидает и наше Солнце: по прогнозам ученых, примерно через 5–7 млрд лет оно поглотит нашу планету, став красным гигантом, а затем превратится в белого карлика. Но задолго до всего этого жизнь на нашей планете будет сожжена.

Коричневый карлик

Коричневый (или бурый) карлик — весьма необычный объект темно-красного или даже инфракрасного цвета, который сложно как-либо классифицировать. Он занимает промежуточное положение между звездой и газовой планетой. Бурые карлики имеют массу равную 1–8% солнечной. Они чересчур массивны для планет, и гравитационное сжатие дает возможность для термоядерных реакций с участием «легкогорючих» элементов. Но для «зажигания» водорода массы недостаточно, и светит коричневый карлик, в сравнении с обычной звездой, относительно недолго. Температура поверхности коричневого карлика может составлять 300–3000 К. Всю свою жизнь он непрерывно остывает: чем крупнее такой объект, тем медленнее происходит этот процесс. Проще говоря, коричневый карлик из-за термоядерного синтеза разогревается на первом этапе своей жизни, а затем остывает, становясь похожим на обычную планету.

Стадии эволюции

Все звезды начинаются свою жизнь в гигантских облаках газа и пыли, которые называются молекулярными облаками. Эти облака могут иметь массу в тысячи раз больше массы Солнца, но, несмотря на это, они очень рассеяны и холодны. Когда в одном из таких облаков происходят изменения, например, из-за взрыва соседней сверхновой звезды или воздействия магнитных волн, облако начинает сжиматься под действием собственной гравитации. Процесс сжатия приводит к тому, что температура и давление в центре облака растут. Когда температура достигает нескольких миллионов градусов, начинают происходить термоядерные реакции, и появляется первая звезда. Этот момент называется протозвездой. На этой стадии звезда еще не стабилизирована, и ее светимость гораздо ниже, чем у зрелых звезд. Однако она уже выделяет большое количество энергии и начинает постепенно обретать свою форму.

После того как звезда стабилизируется, она вступает на свой самый длительный этап — главную последовательность. Это стадия, когда звезда находится в состоянии термоядерного равновесия, то есть силы гравитации, пытающиеся сжать звезду, уравновешиваются с силами, возникающими в результате термоядерных реакций в ее ядре. На этом этапе водород в центре звезды превращается в гелий, выделяя огромное количество энергии в виде света и тепла. Солнце, например, находится на стадии главной последовательности, и его возраст составляет около 4,6 миллиардов лет. Солнечное излучение — это результат термоядерных реакций, которые происходят в его центре. На этой стадии звезда может оставаться стабильной в течение миллиардов лет, в зависимости от ее массы. Более массивные звезды будут жить короткую, но бурную жизнь, а звезды меньшей массы, как наше Солнце, могут пребывать на главной последовательности десятки миллиардов лет.

Со временем в звезде иссякает водород в ее ядре, и термоядерные реакции начинают замедляться. Это вызывает уменьшение давления, которое удерживает звезду от сжатия под действием гравитации. В итоге звезда начинает сжиматься, а температура в центре растет. В это время внешние слои звезды начинают расширяться, и звезда становится красным гигантом. На этой стадии звезда начинает сжигать гелий и другие более тяжелые элементы. У некоторых звезд этого типа происходят катастрофические процессы, такие как образование планетарных туманностей, а внешние слои звезды выбрасываются в пространство. Эта стадия может длиться от нескольких миллионов до миллиардов лет, в зависимости от массы звезды.

Смерть звезды: последние стадии развития звезды

Для маломассивных звезд (менее 8 масс Солнца). Когда звезда теряет все свои ядерные топливные ресурсы, ее ядро сжимается до очень плотного состояния, а внешние слои начинают распадаться. В итоге звезда сбрасывает свои внешние слои, образуя планетарную туманность, а оставшееся ядро превращается в белого карлика. Белый карлик — это очень плотное небесное тело размером с Землю, но массой в несколько раз больше. Он будет постепенно охлаждаться, но, в отличие от более массивных звезд, белые карлики не будут испытывать дальнейших термоядерных реакций.

Для массивных звезд (более 8 масс Солнца). В случае более массивных звезд ситуация кардинально другая. После того как топливо в их ядре заканчивается, происходят более сложные ядерные реакции, в результате которых образуются тяжелые элементы, такие как углерод, кислород, неон и даже железо. Однако железо не может «сжигаться» в термоядерных реакциях, и звезда больше не может поддерживать свои размеры и устойчивость. Когда звезда не в состоянии поддерживать давление внутри себя, она переживает гравитационный коллапс, и вся ее масса начинает сжиматься в очень маленькую область. Это приводит к возникновению сверхновой — взрыва, который может быть настолько ярким, что на короткий промежуток времени он может затмить всю галактику. После взрыва сверхновой остаются различные варианты: если масса ядра звезды достаточно велика, то оно может превратиться в черную дыру — объект, чья гравитация настолько сильна, что даже свет не может покинуть его пределы. Если масса ядра недостаточна, образуется нейтронная звезда, чрезвычайно плотное небесное тело, состоящее в основном из нейтронов.

Галактики и их виды

Галактика — это система небесных тел, в которой черные дыры, звезды и их скопления, облака газа и пыли, темная материя, планеты связаны между собой гравитацией. [1] Сегодня зарегистрированы миллиарды галактик, большая часть объединена в скопления. C Земли видны четыре из них: туманность Андромеды, Большое и Малое Магеллановы облака, М33 или галактика Треугольника. Наша галактика Млечный Путь видна частично, так как мы находимся внутри нее.

Галактика состоит из звезд разных типов и звездных скоплений, газовых и пылевых туманностей, темной материи (это часть Вселенной, которая не испускает свет, оказывает гравитационное воздействие и влияет на движение небесных тел). Соотношение этих частей разное, в зависимости от формы и типа галактики. В некоторых темная материя может составлять основную часть общей массы — до 95%, например, в Млечном Пути. А может и вовсе отсутствовать, как в некоторых карликовых галактиках.

Образование дисковидных вращающихся галактик

Вселенная как единое целое продолжала расширяться и остывать. Однако в областях, где плотность слегка превышала средний уровень, расширение замедлялось дополнительным гравитационным притяжением. Из-за этого со временем расширение в некоторых областях должно было остановиться и смениться сжатием. По мере сжатия сила притяжения материи за пределами этих областей могла заставить их медленно вращаться. Чем меньше становилась сжимающаяся область, тем быстрее она вращалась — так фигуристы ускоряют свое вращение, прижимая руки к телу. В итоге, когда эта область стала достаточно мала, частота вращения увеличилась настолько, что удалось уравновесить гравитационное притяжение. Так возникли вращающиеся дисковидные галактики. Всего лишь через несколько часов после Большого взрыва образование гелия и других элементов должно было прекратиться. А затем, на протяжении последующего миллиона лет или около того, Вселенная просто продолжала расширяться без каких-либо особенных событий. Со временем газ в этих галактиках распадается на облака, сжимающиеся под действием собственной гравитации. По мере сжатия температура газа увеличивается, пока он не нагревается настолько, что запускаются ядерные реакции. Водород превращается в гелий, а выделяющееся при этом тепло приводит к увеличению давления, что останавливает дальнейшее сжатие облаков. Они могут оставаться в таком состоянии долгое время, подобно нашему Солнцу, сжигая водород и превращая его в гелий и излучая энергию в виде тепла и света.

Спиральные галактики-частный случай дисковидных

Самый распространенный тип — их больше половины. К спиральной относится и та, в которой мы живем. Спиральная галактика похожа на диск с желтым ядром, вокруг которого закручены по спирали вокруг центра рукава голубого оттенка. Рукавов, как правило, два, но может быть больше. Например, у нашей галактики Млечный Путь их пять. В центре находится основная масса вещества в виде черной дыры и скопления старых звезд (балдж). А в рукавах образуются новые звезды. В спиральных галактиках много межзвездного газа и пыли. Часто у таких галактик есть перемычка в центре («бар») — выпуклость, из которой расходятся рукава. Спиральные галактики обозначают буквой S. Они делятся на типы по плотности расположения рукавов, от большей к меньшей: Sa-Sd, галактики с перемычкой — SBa-SBd. Есть еще один тип S0 — это линзообразные галактики, промежуточный тип между эллиптической и спиральной. У них есть ярко выраженный балдж в центре, но нет рукавов.

Эллиптические

Это галактики в форме эллипса, яркость которых постепенно убывает от центра к периферии. Эллиптические галактики варьируются по степени сжатия и форме — от округлой до овальной, и делятся на подгруппы. Обозначаются буквой Е и цифрой — от Е0 до Е7. Их примерно 20% от общего числа галактик. Со стороны эллиптическая галактика похожа на огромную звезду с ярким центром и тусклыми краями. Оттенок, как правило, желтый или красный, поскольку они состоят из старых звезд. Новые звезды внутри таких галактик не образуются.

Неправильные

Неправильных галактик 5% во Вселенной. У них нет четкой структуры, формы и центра, обычно это хаотические скопления звезд. Возможная причина их неправильной формы — соседство или столкновение с другой галактикой. Неправильные галактики делят на несколько типов: Irr I — с признаками спиральной (Sm) или иной (Im) структуры; Irr II — несхожие с другими видами по классификации Хаббла; dI — карликовые, с большим количеством межзвездного газа. Наиболее распространен класс Im, к нему относятся Малые и Большие Магеллановы Облака.