Крајот на вездите - екстремни феномени

Материјал изработен од Раду Андреј - ученик во 11-то одделение на Националниот колеџ „Николае Белческу“ во Брзила и добитник на златен медал на Меѓународната олимпијада за астрономија во 2016 година

Вездите отсекогаш ги фасцинирале луѓето. Уште од антиката, внимателното набудување на небесниот свод доведе до основање на науката што денес ја познаваме како АСТРОНОМИЈА. Се чинеше дека повеќето starsвезди се фиксирани на сфера што се вртеше околу Земјата - ова е еден од првите модели што се обидоа да го опишат универзумот.

Потоа, откако геоцентричната теорија го загуби својот кредибилитет, луѓето сфатија дека нашето место во Универзумот не е централно или посебно на кој било начин. Сонцето, извор на светлина и топлина без кој животот би бил невозможен, е само една од безбројните starsвезди расфрлани низ вселената.

Овие модели имаат заедничка претпоставка, која трае долго време, но која е тотално неточна: theвездите отсекогаш блескаа и ќе продолжат на неодредено време. Со други зборови, Универзумот е бесконечен во времето (и, зошто да не, во просторот). Годините покажаа дека тоа не е така. Денес знаеме дека енергијата на starsвездите главно се дава со спојување на водородот во хелиум.

Нуклеарните реакции се особено ефикасни во производството на енергија: еден грам водород може да напојува илјадници сијалици повеќе од една година! Бидејќи aвезда има само конечно (иако огромно!) Количество нуклеарно „гориво“, очигледно е дека нејзиниот живот ќе заврши во одреден момент. Како што ќе видиме, овој процес е апсолутно неопходен за изгледот на животот каков што го знаеме.

Фази на Сончевиот систем: Облак на гас се собира под сопствената тежина. Од ова се формираат Сонцето и планетите. Милјарди години подоцна, theвездата станува гигант и привремено проголта неколку планети, пред да се претвори во бело џуџе.

Вездата е фасцинантен објект: нејзината големина или температура и притисок во нејзиниот центар се поими тешко да се замислат дури и за оние кои работат со нив. Но, вистинските екстремни феномени се јавуваат кога престанува редовната нуклеарна активност и andвездата умира. Па, да видиме што се случува во овој случај и што останува зад aвезда.

Бело џуџе

Најважната карактеристика на aвездата е нејзината маса, количината на материја од која е направена. Тоа ги диктира температурата, големината, осветленоста, структурата и, конечно, еволуцијата и судбината на вездата. Да започнеме со дискутирање на starsвезди со релативно мала маса (помалку од 10 сончеви маси).

Како што реков, реакцијата на нуклеарната фузија што ја дава енергијата на theвездите произведува хелиум. Тој е погуст од водородот и се акумулира во центарот. Во одреден момент, кога јадрото на хелиум станува преголемо, тоа почнува да се собира под сопствената тежина. Ова се загрева и истовремено ги „турка“ горните слоеви на вездата кон надвор.

На контраинтуитивен начин, надворешноста на theвездата претрпува дури и спротивни трансформации од оние во јадрото: таа се шири и лади, добивајќи црвена боја. Затоа, thisвездата го добива името на црвениот гигант во оваа фаза од нејзината еволуција. Интересно е да се запамети дека, можеби изненадувачки, starsвездите кои имаат „ладни“ бои (на пример, сина) се најжешките во реалноста, а оние што се појавуваат во „топли“ бои (жолта, портокалова, црвено), всушност, имаат најниски температури.

Од оваа точка, starsвездите помали од Сонцето ги туркаат своите надворешни слоеви толку многу што повеќе не можат да се сметаат за составни делови на starвездата; тие стануваат облаци од космички гас. Останува само жешкото јадро на хелиум, кое продолжува да зрачи со енергија надвор и се нарекува бело џуџе.

Дел од оваа енергија се апсорбира од свежиот гас фрлен во вселената, што пак се загрева и осветлува. Така се раѓаат планетарните маглини (кои, сепак, немаат никаква врска со планетите: името погрешно било дадено кога биле откриени предметите и останале такви). Наместо тоа, starsвездите споредливи со Сонцето или поголемите започнуваат нова реакција на фузија на хелиум во потешки елементи. Така, големината и температурата на theвездата се враќаат во нормала додека не заврши хелиумот, тогаш приказната се повторува.

Овој пат, гасните облаци што ја сочинуваат маглината ќе ги содржат и овие потешки елементи, кои не беа пронајдени во случајот дискутиран погоре. Откако ќе остане без енергија белото џуџе, се лади и станува маса на инертен гас.

Супернови и неутронски starsвезди

Притисокот и температурата во центарот на една starвезда се зголемуваат со нејзината маса. Така, ако имаме работа со објекти од редот на десетици или стотици сончеви маси, екстремните услови во центарот можат да го „принудат“ хелиумот и другите потешки елементи да претрпат реакции на фузија дури и пред крајот на водородот. Така, theвездата ќе изгледа како кромид: ќе биде составена од неколку слоеви во кои се случуваат разни реакции.

Почнувајќи однадвор, водородот се претвора во хелиум, а потоа хелиумот во јаглерод и така натаму во железно јадро. Од енергетски причини дадени од нуклеарната физика, железото е најтешкиот елемент до кој може да се дојде преку овие реакции (како што знаете, многу тешки елементи како што е ураниумот се подложени на спротивниот процес: фисија - масивните јадра „се распаѓаат“ на помалите).

Во одреден момент, железото страда од истиот проблем како и хелиумот во малите starsвезди: сопствената тежина е пресилна и рамнотежата на starвездата е уништена. Точните механизми со кои продолжува еволуцијата сè уште се предмет на истражување, но во голема мерка, атомските јадра во центарот на вездата се распаѓаат во протони и неутрони, протоните се комбинираат со електрони и формираат повеќе неутрони и се ослободува незамислива количина на енергија.

Горните слоеви на starвездата се буткаат насилно кон надвор, во експлозија од 10 29 (сто милијарди милијарди милијарди!) Пати поенергични од најмоќните атомски бомби некогаш изградени. Во нив се формираат елементи потешки од железо, претходно непостоечки.

Помалку од 1% од ослободената енергија се претвора во светло и кинетичка енергија на исфрлените гасови. Останатите 99% се губат во форма на неутрини, честички кои комуницираат скоро целосно со материјата и затоа е особено тешко да се идентификуваат. Интересно, тие пристигнуваат пред светлината на супернова и со тоа можат однапред да нè „предупредат“ за експлозијата и да ја означат нејзината локација.

После експлозијата, theвездата продолжува да свети неколку дена, па дури и неколку недели, и може да остане видлива со голо око (иако помалку интензивна) неколку месеци по ред. Гасовите евакуирани од експлозијата стануваат жешки и светли, предизвикувајќи спектакуларни маглини во континуирана експанзија. Маглината рак е трага од суперновата 1054 година, која кинеските астрономи ја забележале како „второ сонце“.

Неутронска starвезда има густина на атомско јадро, е исклучително жешка и ротира многу брзо.

Elвезденото јадро што заостанува е обично премногу тешко за да стане бело џуџе (поголемо од 1,4 сончеви маси) и се претвора во неверојатно густа неутронска везда. За споредба, неговата густина е 200 трилиони пати поголема од онаа на оловото.

Екстремните услови даваат интересни својства на стелата: неутроните формираат течност без триење (суперфлуид), што е исто така суперспроводливост. Таквите објекти имаат силни магнетни полиња и можат да ротираат стотици или дури илјадници пати во секунда. Затоа, тие емитуваат многу интензивно електромагнетно зрачење, кое до нас достигнува во форма на импулси, а theвездите се познати како пулсари.

Црни дупки

Понекогаш јадрото оставено од експлозијата е претешко дури и за да биде неутронска starвезда (оваа горна граница е околу две сончеви маси) и така се формира црна дупка: објект толку масивен и густ што ништо, дури и светлината не може да ја напушти нејзината површина (оттука и нејзиното име).

Тоа го искривува простор-времето околу него и доведува до изненадувачки релативистички ефекти:

ги менува траекторите на светлосните зраци кои минуваат премногу близу до него, однесувајќи се како леќа (феноменот се нарекува „гравитациона леќа“);
времето поминува побавно во неговата близина (ефект предвиден со генерализираната теорија на релативност)
се префрла на црвена светлина што доаѓа од близу неа.

Масивен објект - како што е неутронска neutвезда или црна дупка - црпи гас од соседната starвезда за да формира диск за таложење.

Можеби ќе прашаме: ако ништо не може да избега од оваа црна дупка, тогаш како да ја откриеме? Прво, преку гравитационите влијанија врз животната средина. Ако има starвезда во близина на црна дупка, гасот во неговиот состав е привлечен од црната дупка и се одвива процесот на собирање.

Ова ослободува огромна количина на енергија; ефикасноста на овој процес е значително поголема отколку во случај на нуклеарна фузија и затоа осветленоста на аккрецијата на црната дупка е многу поголема од онаа на aвездата. Всушност, тие се сметаат за најсветли објекти во универзумот - квазари.

Второ, преку квантни ефекти, црните дупки имаат свое зрачење - Хокинг-зрачење - преку кое губат маса и испаруваат. Со негова помош можеме да ја процениме температурата на таков објект, што е од редот на неколку Келвини (под -270 ° Целзиусови, во споредба со starsвездите кои имаат површинска температура од илјадници степени).

Во многу ретки случаи кога се судираат две црни дупки, тие испуштаат гравитациони бранови (како што се оние за кои се работи) тоа е широко зборувано во науката и технологијата ) Црните дупки се неверојатни предмети, кои нудат и други изненадувања, освен оние што се изложени овде. Ве поканувам да ги откриете сами!

Наместо заклучок

Видов дека дури и theвездите, овие фасцинантни предмети, умираат. Тоа е витален процес, бидејќи елементите потешки од хелиумот се произведуваат само од нив и не можат на друг начин да достигнат простор за да формираат планети, органски соединенија и живот. Земјата е составена од токму такви остатоци од goneвезда одамна. Всушност, сите сме starвездена прашина!