Дипломна робота Куцевич Надії, предмет "Астрономія", тема "Зорі та їх скупчення. Галактики. Історія Всесвіту".

Зорі — це велетенські, розкидані по космосу клуби газу, які світяться. Вони горять від декількох мільйонів до десятків мільярдів років. Найближча до Сонця зоря знаходиться на відстані понад 40 трлн. км. Зорі настільки далеко, що навіть у найпотужніші телескопи здаються нам тільки маленькими крапоч­ками, які світяться на нічному небі. Поки ми ще не можемо виявити інших таких само великих об'єктів у Всесвіті.

Зорі світяться через те, що не­ймовірний тиск у їх центрі викли­кає реакцію ядерного синтезу. Під час цих реакцій атоми водню з'єднуються, виділяючи велетен­ську кількість енергії.

Кількість зір у Всесвіті неможливо порахувати, адже більшість з них знаходяться настільки далеко, що ми не можемо їх побачити. Проте астрономи вважають, що зір приблизно 200 мільярдів мільярдів.

У космосі поширюються велетенські хмари газу і пилу, які називаються туманностями. Вони на 99 % складаються з водню і гелію з незначними домішками інших газів і дрібного космічного пилу. У великих туманностях, які називаються гігантськими молекуляр­ними хмарами, зароджуються зорі. Температура в та­ких туманностях досягає -263 °С, що на десять граду­сів вище від абсолютного нуля. Ці туманності тонкі й холодні, але мають усе необхідне для зародження зорі. Спочатку згустки газу притя­гаються один до одного, середи­на згустка стискається настільки, що температура там досягає 10 мільйонів градусів Цельсія, і починаються реакції ядерного синтезу.

Залежно від температури зорі відносять до 7 спектральних класів, позначених буквами латинського алфавіту: О, В, А, F, G, К, М (ан­глійський вислів: Оh, Be А Fіnе Girl, Kiss Me). Найбільшу темпера­туру поверхні мають блакитні зорі спектрального класу О, а найниж­чу — червоні зорі спектрального класу М. Гарячі зорі випромінюють більше енергії в блакитній частині спектра, холодні — в червоній.

Спектральна класифікація зір

Спек­траль­ний клас	Абсолютна зоряна величина	Ефективна температура	Основні спектральні лінії	Колір зорі
О	Від -5,7 до -3,3	40000— 28 000 К	Н, Не	Світло-блакитний
В	Від -4, 7 до +0,5	28000— 10000 К	Не, Н	Світло-блакитний
А	Від +0,1 до +3,7	10000— 7000 К	Н	Білий
Р	Від +2, 6 до +4, 6	7000—6000 К	Н, Са+	Жовтувато-білий
О	Від +4, 4 до +6,0	6000—5000 К	Са+, Fе, Ti	Жовтуватий
К	Від +5, 9 до +9,0	5000—3500 К	Fе, Ті	Жовтогарячий
М	Від + 9, О до +16,0 6++16+16,0	3500— 2500 К	ТіО	Червонуватий

Скупчення зір поділяють на два типи: розсіяне і кулясте.

Розсіяне скупчення утворене яскравими молодими зорями, які лише формуються і розташовані відносно близько одна до одної. Роз­сіяні скупчення зір можна спостерігати неозброєним оком у сузір'ях Рак, Великий Пес, Телець, Вітрила, Скорпіон.

Кулясті скупчення значно більші від розсіяних, вони групуються навколо центрального потовщення галактики. Містять до мільйона зір. Наприклад, у галактиці Молочний Шлях відомо близько 150 ку­лястих скупчень. Кулясті скупчення складаються з дуже старих зір, які розташовані на відстані 20000—100000 св. р. від Землі. Куляс­ті скупчення зір можна спостерігати неозброєним оком у сузір'ї Пе­гас та В бінокль у сузір’ї Центавр.

Зорі поділяють на звичайні, подвійні, фізичні змінні.

Прикладом звичайної зорі можна вважати Сонце.

Наше Сонце самотнє в космосі, але багато зір утворюють пари або більші зоряні системи. Зорі, розташовані парами, наздаються подвійними, або кратними.

Подвійні зорі бувають кількох типів: оптично-подвійні, фізично-подвійні, візуально-подвійні, затемнено-подвійні, спектрально-по-двійні. Вчені припускають, що ЗО % усіх зір є подвійними.

Оптично-подвійні зорі здаються близько розташованими в проек­ції на небесну сферу, але в просторі можуть бути значно віддалені од­на від одної.

Фізично-подвійні зорі розташовані в просторі достатньо близько одна від одної і зв'язані значними силами гравітації.

Системи зір з числом зір від 3 до 9 називають кратними. У візуально-подвійних зорях при спостереженні в телескоп компо­ненти системи розділяються.

Затемнено-подвійні зорі мають таку особливість: під час руху одна зоря закриває іншу, внаслідок чого змінюється яскравість системи зір.

У спектрі спектрально-подвійних зір лінії періодично зміщують­ся або роздвоюються.

Фізичні змінні зорі поділяють на пульсуючі (цефеїди) і спалахуючі.

Пульсації — періодичні розширення і стискання зорі. Пульсува­ти можуть зорі-гіганти і надгіганти.

Цефеїди — мо­лоді зорі-гіганти — які пульсують з періодом від декількох днів до декількох тижнів. Їх поділяють на короткоперіодичні (періоди пульсацій — від 80 хв до 1 доби. Приклад — КК Ліри); класичні, або довгоперіо­дичні (період пульсацій - від 1 до 70 діб); довгоперіодичні змінні (пе­ріод пульсацій — від 70 до 1400 діб).

Спалахуючі зорі поділяють на нові, наднові зорі та пульсари.

Нові зорі. Світність цих зір за короткий проміжок часу може змі­нюватися в 400000 разів, а амплітуда зміни яскравості — від 7 до 14 зоряних величин. За кілька діб яскравість зорі досягає максиму­му, а потім протягом кількох років зменшується до первинного значення. У момент найбільшої яскравості із зорі зривається зовніш­ній шар і з величезною швидкістю видаляється в навколишній про­стір. Відомі повторні нові зорі.

Наднові зорі. Спалахи наднової зорі набагато інтенсивніші, ніж нової. Яскравість наднової зорі за кілька діб збільшується на де­сятки зоряних величин. Скидання і розширення оболонки відбу­вається з істотно більшою швидкістю, ніж у нових зір. На місці вибуху наднової зорі утворюється туманність. Отже,

Наднова — колосальний вибух, що супроводжує смерть надгігантської зорі. На короткий час наднова спалахує з силою мільярдів сонць. Наднові досить рідкісні і звичайно побачити їх можна тільки у телескоп. У 1987 р. уперше за останні 400 років вибух, названий надновою 1987А, можна було спостерігати неозброєним оком протягом дев'яти місяців. В 1054 р. після спалаху надновою зорі утворилася Крабоподібна туманність. У нашій Галактиці виявлено понад 100 залишків спалахів надно­вих зір.

Пульсари — це нейтронні зорі, які утворюються після спалаху наднової зорі. Вони ви­пускають імпульси інтенсивного радіовипромінювання кожні десять секунд або частіше, якщо оберта­ються досить швидко, їх називають нейтронними зорями. Пульсари відкрито в 1967 р. за допомогою радіотеле­скопа. Наприклад, у Крабоподібній туманності є пульсар з періодом 0,033 с. Припуска­ють, що це особливо щільні зорі, які вмирають, тобто пульсар можна вважати завершальним етапом еволюції деяких зір.

ЕВОЛЮЦІЯ ЗІР

Зорі народжуються і вмирають весь час. Великі зорі живуть усього десять мільйонів років, а зорі се­редніх розмірів, такі як наше Сон­це, живуть 10 млрд. років.

Можливі три кінцеві стадії еволюції зір різної маси: білі карлики, нейтронні зорі (пульсари), чорні діри.

Білі карлики

Сонце і зорі, подібні до Сонця, еволюціонують таким чином: Сонце вже існує близько 5 млрд років. Протягом ще 5 млрд років водень ви­горятиме в гелій. Сонце збільшиться в розмірах і перетвориться в червоний гігант. З поверхні червоного гіганта за 100 млн років ві­дірветься оболонка і почне розширюватися в просторі. Ця оболонки стане планетарною туманністю.

Залишок Сонця стиснеться в білий карлик. Білими карликами називають­ся маленькі білі зорі, які утворю­ються, коли зоря втрачає весь газ з поверх­ні і стискається. За розмірами він порівнянний з діаметром Землі.

Після охолодження утвориться чорний карлик.

Нейтронні зорі

Якщо маса зорі становить 1,4—2 маси Сонця, то, минувши стадію білого карлика, ядро продовжує стискатися в гарячу нейтронну зорю (пульсар), а потім поступово охолоджується. Нейтронні зорі — все, що залишилось від надгіганта після вибуху наднової. Вони стають пульсарами. Діаметр нейронних зір становить близько 10—20 км, а густина речовини цих маленьких зір — близько 10¹⁶ кг/м³ (густина атомних ядер).

Чорні діри

Якщо маса зорі більша, ніж три маси Сонця, то в результаті стискан­ня утворюється чорна діра, яка не випромінює електромагнітні хви­лі і скривлює світлові промені, що проходять поблизу чорної діри. Радіус чорної діри залежно від її маси становить від кількох метрів до мільярдів кілометрів. Чорних дір налічують більше, ніж звичай­них зір. Існує припущення, що в центрі кожної галактики є одна чорна діра.

Якщо невелика зоря складається з речовини дуже великої густини, вона може почати стискатися під дією власної гравітації. Причому, стискаючись, вона стає ще густішою, а її гравітація ще сильнішою. Аж поки зоря не перетвориться на нескінченно малий об’єкт, який називається матеріальною точкою. Її гравітаційне тяжіння настільки велике, що речовина провалюється в неї, як у воронку. Ця діра всмоктує все, що перебуває у межах досяжності її могутньої гравітації, разом з тим і світло, тому її називають «чорною». Чорну діру можна виявити завдяки потужному випромінюванню, яке випускають зорі, що розриваються вщент, коли цей космічний монстр усмоктує їх.

Матеріальна точка в центрі чорної діри дуже мала. Розмір діри навколо неї залежить від того, скільки речовини сформувало чорну діру. Розмір чорної діри, яка міститься в центрі нашої галактики, наближено дорівнює розміру Сонячної системи.

Все, що потрапляє до чорної діри, не повертається звідти. Існує точка, від якої повернення вже неможливе. Вона називається горизонтом подій. Потрапивши до цієї точки предмет розтягується як спагеті — стає тонким і довгим, доки сильна гравітація не розірве його.

Із зорі газопилової туманності, що утворилася після спалаху, з ча­сом можуть утворитися зорі нового покоління. Таким чином, у Все­світі здійснюється своєрідний кругообіг речовини.