26.4 Возникновение и эволюция звезд большой и малой массы.

Гипотезы формирования звёзд из разреженного газово-пылевого облака.

Звёзды и звёздные скопления имеют разный возраст, от величины 10¹⁰ лет (шаровые скопления) до 10⁶ лет для рассеянных скоплений.

Многие исследователи полагают, что звёзды образуются из диффузной межзвёздной среды. Об этом свидетельствует положение молодых звёзд в спиральных ветвях галактик, там где много газово-пылевой материи. Диффузная Среда удерживается в спиральных ветвях галактическим магнитным полем. Звёзды этим полем не удерживаются и уходят в сферическую часть галактик. Молодые звёзды часто образуют комплексы из тысяч звёзд, окружённым большими массами газа - О - ассоциации.

Процесс формирования звёзд из газа не совсем ясен. Если в некотором объёме, заполненном газом и пылью, масса диффузной материи превзойдёт критическую величину, материя начнёт сжиматься под действием сил тяготения. Происходит гравитационный коллапс. Наиболее плотными областями диффузного облака являются глобулы. Они, видимо, суть прямые предки звёзд.

Для гравитационного сжатия межзвёздной Среды нужно иметь начальную высокую плотность и некий толчок. Таким толчком может явиться взрыв сверхновой звезды. Об этом свидетельствует анализ углистых хондритов - протозвёздного вещества. В них обнаружены радиоактивные изотопы, которые могли образоваться только в атмосфере сверхновой звезды.

Во время процесса гравитационной конденсации пылевые частицы и газовые молекулы падают к центру облака, потенциальная энергия гравитации переходит в кинетическую, а кинетическая в результате столкновений в тепло. Облако нагревается и вследствие увеличения температуры возрастает его излучение. Оно превращается в протозвезду.

Светимость протозвезды может превышать светимость обычной звезды, радиус большой, эффективная температура меньше. На диаграмме спектр-светимость протозвёзды располагаются справа от главной последовательности. Когда температура достигает нескольких миллионов градусов, начинаются термоядерные реакции. Сначала выгорает дейтерий, потом литий, бериллий и бор. При повышении температуры начинаются протон-протонные реакции для звёзд с массой меньше 1,5 солнечной или углеродно-азотный цикл для массивных звёзд. Сжатие прекращается и звезда превращается в звезду главной последовательности.

Время гравитационного сжатия невелико. Чем больше масса протозвезды, тем быстрее идёт процесс сжатия. Из-за малого времени сжатия во Вселенной наблюдается немного таких объектов. Предположительно это звёзды типа Т-Тельца и некоторые источники инфракрасного излучения (“звёзды-коконы”).

Ядерные реакции в массивных звёздах идут быстрее и время их пребывания на главной последовательности меньше. Звёзды спектрального класса В0 остаются на главной последовательности 10⁷ лет, а звёзды типа Солнца - 10¹⁰ лет. После выгорания водорода в гелий, ядерные реакции идут на внешней границе ядра. Само ядро сжимается, плотность и температура центральной части возрастают, увеличиваются светимость и радиус звезды. Звезда становится красным гигантом.

Внутри ядер массивных звёзд могут идти реакции превращения гелия в углерод. Когда гелиевая реакция внутри ядра и водородные реакции на его границе исчерпывают себя, протяжённая оболочка красного гиганта расширяется, её наружные слои не могут удерживаться силой тяготения и начинают отделяться. Происходит истечение массы из атмосферы. При некоторых условиях происходят вспышки сверхновых звёзд.

При медленном истечении образуются планетарные туманности.

Оставшееся ядро маломассивных звёзд называется белым карликом.

При большой плотности вещества белых карликов, сила гравитационного сжатия уравновешивается давлением вырожденных электронов. Если масса ядра меньше 0,5 солнечных масс, оно состоит из гелия, если масса больше - из углерода и кислорода. В таких звёздах ядерные реакции не идут. Они светят за счёт запаса тепловой энергии, накопленной в прошлом, и постепенно остывают, на протяжении нескольких миллиардов лет, превращаясь в ненаблюдаемые чёрные карлики.

Звёзды с массой 6-8 солнечных могут испытать заключительное взрывное сжатие и не оставить после себя никакого ядра.

Массивные звёзды, с изначальной массой 8-50 солнечных, превращаются в нейтронные звёзды после вспышки сверхновой. Звезда коллапсирует до тех пор, пока электроны не соединяются с протонами, образуя нейтроны. Эти нейтроны становятся вырожденными. Давление вырожденных нейтронов уравновешивает силу гравитационного сжатия. Нейтроны в ядре расположены вплотную друг к другу. Плотность такая же как в атомном ядре.

Гипотезы формирования звёзд из сверхплотного вещества.

Гипотеза формирования звёзд из сверхплотного вещества была выдвинута академиком В.А.Амбарцумяном. Она говорит о том, что звёзды образуются из некоего сверхплотного вещества.

Основой этой гипотезы является вывод, что в наблюдаемой Вселенной процессы распада преобладают над процессом соединения. Значит процесс образования звёзд должен быть переходом вещества из более плотного состояния в менее плотное.

Гипотеза требует, чтобы во Вселенной существовал материал - сверхплотное вещество, которого ещё никто не наблюдал и свойства которого остаются неизвестными. Сверхплотная материя, если она существует, должна быть недоступна современным средствам наблюдения, так как она занимает очень малые объёмы пространства и почти не излучает. Основные её свойства - необычайно высокая плотность и огромный запас энергии, которая бурно выделяется при распаде такого вещества.

Пока не существует стройной математической теории, основанной на этой гипотезе. Основной довод её сторонников в том, что она соответствует наблюдательным данным.