כל אחד מאיתנו לפחות פעם אחת בחייו השקיף אל השמים המכוכבים. מישהו הביט ביופי הזה, חווה רגשות רומנטיים, השני ניסה להבין מהיכן מגיע כל היופי הזה. החיים בחלל, בניגוד לחיים על הפלנטה שלנו, זורמים במהירות שונה. הזמן בחלל החיצון חי בקטגוריות שלו, המרחקים והגדלים ביקום הם עצומים. לעתים נדירות אנו חושבים על העובדה שלנגד עינינו כל הזמן גלקסיות וכוכבים מתפתחים. כל חפץ בחלל האינסופי הוא תוצאה של תהליכים פיזיים מסוימים. גלקסיות, כוכבים, ואפילו כוכבי לכת יש השלבים העיקריים של הפיתוח.
כוכב הלכת שלנו וכולנו תלויים המאור שלנו. כמה זמן תשמח השמש לנו בחמימותה, בנשימתה לתוך מערכת השמש? מה מחכה לנו בעתיד במיליוני מיליארדי שנים? בהקשר זה, מעניין לדעת מה הם שלבי האבולוציה של אובייקטים אסטרונומיים, היכן הכוכבים באים ואיך החיים של האורות הנפלאים האלה בשמי הלילה מסתיים.
מקור, לידה ואבולוציה של כוכבים
האבולוציה של הכוכבים וכוכבי הלכת המאכלסים את גלקסיית שביל החלב ואת היקום כולו, נחקרה היטב. חוקי הפיסיקה, אשר מסייעים להבין את מקורם של חפצים קוסמיים, לעבוד באופן בלתי מעורער בחלל. הבסיס במקרה זה נלקח על התיאוריה של המפץ הגדול, שהיא כעת הדוקטרינה הדומיננטית על תהליך המוצא של היקום. האירוע שזעזע את היקום והוביל להיווצרות היקום, על פי תקני החלל, במהירות הבזק. עבור החלל, מלידתו של כוכב עד מותו, רגעים חולפים. מרחקים גדולים יוצרים את האשליה של הקביעות של היקום. כוכב שהבהיק מרחוק מאיר אותנו במשך מיליארדי שנים, אז זה לא יכול להיות.
תיאוריית האבולוציה של גלקסיות וכוכבים היא התפתחות של תיאוריית המפץ הגדול. הדוקטרינה של לידת הכוכבים והופעתם של מערכות כוכבים היא שונה בקנה מידה ובעיתוי, אשר, בניגוד היקום בכללותו, ניתן לצפות עם אמצעי המדע המודרני.
לימוד מחזור החיים של הכוכבים אפשרי על הדוגמה של האור הקרוב אלינו. השמש היא אחד ממאות טריליוני הכוכבים בתחום הראייה שלנו. בנוסף, המרחק מן כדור הארץ אל השמש (150 מיליון ק"מ) מספק הזדמנות ייחודית לחקור אובייקט מבלי לעזוב את גבולות מערכת השמש. המידע המתקבל יאפשר להבין בפירוט כיצד מסודרים כוכבים אחרים, באיזו מהירות מותשים מקורות החום הענקיים הללו, מהם שלבי התפתחות הכוכב ומה יהיה סופו של החיים המבריקים הללו - שקט ועמום או נוצץ, חומר נפץ.
לאחר המפץ הגדול, חלקיקים זעירים נוצרו עננים בין כוכביים, שהפך ל"בית החולים "לטריליוני כוכבים. זה אופייני כי כל הכוכבים נולדו בעת ובעונה אחת כתוצאה של התכווצות והתרחבות. דחיסה בענני הגז הקוסמי התרחשה בהשפעת הכבידה שלה ותהליכים דומים בכוכבים חדשים בשכונה. ההתרחבות התעוררה כתוצאה מלחץ פנימי של גז בין כוכבי ובפעולת שדות מגנטיים בתוך ענן הגז. בה בעת הסתובב הענן בחופשיות סביב מרכז המסה.
ענני הגז שנוצרו לאחר ההתפוצצות הם 98% המורכבים ממימן אטומי ומולקולרי והליום. רק 2% במערך זה מייצג אבק וחלקיקים מיקרוסקופיים מוצקים. בעבר היה זה האמין כי במרכז כל כוכב טמון הליבה של ברזל, מחומם לטמפרטורה של מיליון מעלות. היבט זה הסביר את המסה הענקית של המאור.
באופוזיציה של כוחות פיסיים, כוחות הדחיסה גברו, שכן האור הנובע משחרור אנרגיה אינו חודר לענן הגז. האור, יחד עם חלק מהאנרגיה הנפלטת, מתפשט החוצה, יוצר טמפרטורה שלילית באזור לחץ נמוך בתוך הצטברות צפופה של גז. בהיותו במצב כזה, הגז הקוסמי דחוס במהירות, השפעת כוחות המשיכה הכבידה גורמת לכך שחלקיקים מתחילים ליצור חומר כוכבי. כאשר אשכול הגז צפוף, דחיסה אינטנסיבית מובילה להיווצרות של אשכול כוכבים. כאשר גודל ענן הגז אינו משמעותי, הדחיסה מובילה להיווצרות של כוכב אחד.
תיאור קצר של מה שקורה הוא כי העתיד של הכוכב עובר דרך שני שלבים - דחיסה מהירה איטית למצב של פרוטוסטאר. אם מדברים בשפה פשוטה ומובנת, דחיסה מהירה היא נפילת החומר מהמרכז למרכז הפרוטו-סטאר. דחיסה איטית מתרחשת על הרקע של המרכז שנוצר של פרוטוסטאר. במהלך מאה השנים הבאות, הצורה החדשה מצטמצמת בגודלה, וצפיפותה גדלה מיליוני פעמים. בהדרגה, פרוטוסטאר הופך אטום עקב צפיפות גבוהה של החומר כוכבים, ואת המשך דחיסה מפעילה את מנגנון של תגובות פנימיות. הצמיחה של לחץ פנימי וטמפרטורות מוביל להיווצרות של מרכז הכובד בעתיד כוכב העתיד.
במצב זה, פרוטוסטאר נשאר במשך מיליוני שנים, לאט לאט נותן חום בהדרגה מתכווץ, יורד בגודל. כתוצאה מכך, קווי המתאר של כוכב חדש מופיעים, ואת צפיפות החומר שלה הופך להיות דומה לצפיפות של מים.
ממוצע הצפיפות של הכוכב שלנו הוא 1.4 ק"ג / ס"מ - כמעט כמו צפיפות המים בים המלח. במרכז השמש יש צפיפות של 100 ק"ג / cm3. החומר הכוכבי אינו במצב נוזלי, אלא הוא בצורת פלסמה.
תחת ההשפעה של לחץ עצום וטמפרטורה של כ -100 מיליון K, תגובות תרמו-גרעיניות של מחזור המימן מתחילים. דחיסה מפסיקה, המסה של האובייקט עולה כאשר האנרגיה של כוח הכבידה הופך שריפת thermonuclear של מימן. מנקודה זו ואילך, כוכב חדש, מקרין אנרגיה, מתחיל לאבד מסה.
המבנה המתואר לעיל של כוכב הוא רק פרימיטיבי אשר מתאר את השלב הראשוני של האבולוציה ואת הלידה של כוכב. כיום, תהליכים כאלה בגלקסיה שלנו ובכל היקום הם כמעט בלתי נתפסים בגלל דלדול אינטנסיבי של החומר כוכבים. עבור כל ההיסטוריה המודעת של תצפיות הגלקסיה שלנו, נצפו רק הופעות בודדות של כוכבים חדשים. בקנה מידה של היקום, נתון זה יכול להיות גדל מאות אלפי פעמים.
רוב חייהם, פרוסטוסטרים מוסתרים מן העין האנושית על ידי פגז אבק. פליטת הגרעין ניתן לראות רק בטווח אינפרא אדום, המהווה את הדרך היחידה לראות את לידתו של כוכב. לדוגמה, בשנת 1967, מדענים אסטרונומיים בערפילית אוריון גילו כוכב חדש, שטמפרטורת הקרינה שלו היתה 700 מעלות קלווין. לאחר מכן התברר כי מקום הלידה של הפרוטוסטרים הם מקורות קומפקטיים, הזמינים לא רק בגלקסיה שלנו, אלא גם בחלקים אחרים של היקום הרחוקים מאיתנו. בנוסף לקרינה אינפרא אדומה, מקומות הלידה של כוכבים חדשים מסומנים באמצעות אותות רדיו אינטנסיביים.
תהליך הלמידה והתפתחות הכוכבים
את כל התהליך של לדעת את הכוכבים ניתן לחלק לשלבים. בהתחלה, לקבוע את המרחק לכוכב. מידע על כמה רחוק הכוכב מאיתנו, כמה זמן האור הולך ממנו, נותן מושג על מה שקרה לכוכב במשך כל הזמן הזה. אחרי אדם למד למדוד את המרחק לכוכבים רחוקים, התברר כי הכוכבים הם אותו שמשות, רק בגדלים שונים עם גורלות שונים. לדעת את המרחק לכוכב, לפי רמת האור ואת כמות האנרגיה הנפלטת, אפשר לעקוב אחר תהליך היתוך תרמו-גרעיני של הכוכב.
לאחר קביעת המרחק לכוכב, ניתן, באמצעות ניתוח ספקטרלי, לחשב את ההרכב הכימי של הכוכב ולגלות את מבנהו וגילו. הודות למראה הספקטרוגרף, המדענים הצליחו לחקור את טבעו של אור הכוכבים. מכשיר זה יכול לקבוע ולמדוד את הרכב הגז של החומר הכוכבי, אשר הכוכב יש בשלבים שונים של קיומו.
בחקר האנליזה הספקטראלית של אנרגיית השמש וכוכבים אחרים, הגיעו המדענים למסקנה כי לאבולוציה של כוכבים וכוכבי לכת יש שורשים משותפים. לכל הגופים הקוסמיים יש אותו סוג, הרכב כימי דומה, והם נגזרים מאותו עניין הנובע מהמפץ הגדול.
החומר הכוכבי מורכב מאותם יסודות כימיים (עד ברזל) ככוכב הלכת שלנו. ההבדל היחיד הוא במספר אלה או גורמים אחרים ובתהליכים המתרחשים על השמש ובתוך הרקיע של כדור הארץ. זה מבדיל את הכוכבים מחפצים אחרים ביקום. מקורם של הכוכבים צריך להיחשב גם בהקשר של משמעת פיזית אחרת - מכניקת הקוונטים. לפי תיאוריה זו, העניין הקובע את החומר הכוכבי מורכב מאטומים המפרידים כל הזמן וחלקיקים יסודיים היוצרים מיקרוקוסמוס משלהם. לאור זה, העניין הוא המבנה, ההרכב, המבנה והאבולוציה של הכוכבים. כפי שהתברר, המסה העיקרית של הכוכב שלנו כוכבים רבים אחרים מהווה רק שני אלמנטים - מימן הליום. המודל התיאורטי המתאר את מבנה הכוכב יאפשר להבין את המבנה שלהם ואת ההבדל העיקרי של אובייקטים חלל אחרים.
התכונה העיקרית היא כי אובייקטים רבים ביקום יש גודל מסוים וצורה, ואילו כוכב יכול לשנות את גודלו כפי שהוא מתפתח. גז חם הוא תרכובת של אטומים קשורה חלושות זה לזה. מיליוני שנים לאחר היווצרות כוכבים, את הקירור של פני השטח של שכבת החומר מתחיל. הכוכב נותן את רוב האנרגיה שלו לחלל החיצון, ירידה או הגדלת גודל. העברת חום ואנרגיה מתרחשת מן האזורים הפנימיים של הכוכב אל פני השטח, המשפיעים על עוצמת הקרינה. במילים אחרות, אותו כוכב בתקופות שונות של קיומו נראה שונה. תהליכים תרמו-גרעיניים המבוססים על תגובות מחזור המימן תורמים להפיכת אטומי מימן קלים לאלמנטים כבדים יותר - הליום ופחמן. על פי האסטרופיסיקאים ומדעני הגרעין, תגובה תרמו-גרעינית כזו היא היעילה ביותר מבחינת כמות החום המשתחררת.
מדוע אין היתוך תרמו-גרעיני של הגרעין מסתיים בהתפוצצות של כור כזה? העניין הוא שכוחות שדה הכבידה בתוכו יכולים להכיל חומר כוכבי בגבולות הכרך המיוצב. מכאן אנו יכולים להסיק מסקנה חד משמעית: כל כוכב הוא גוף מסיבי, אשר שומר על גודלו בשל האיזון בין כוחות הכבידה לבין האנרגיה של תגובות תרמו-גרעיניות. התוצאה של המודל הטבעי האידיאלי הזה הוא מקור חום שיכול לעבוד במשך זמן רב. ההנחה היא כי צורות החיים הראשונות על כדור הארץ הופיע לפני 3 מיליארד שנה. השמש בימים ההם חיממה את הפלנטה שלנו בדיוק כפי שהיא עכשיו. כתוצאה מכך, הכוכב שלנו השתנה מעט, למרות העובדה כי קנה המידה של חום הקרינה ואנרגיית השמש הוא עצום - יותר מ 3-4 מיליון טון בכל שנייה.
קל לחשב כמה שנים על קיומו, הכוכב שלנו איבד משקל. זה יהיה דמות ענקית, אבל בגלל המסה העצומה שלה וצפיפות גבוהה, הפסדים כאלה ברחבי היקום נראים חסרי משמעות.
שלבי התפתחות הכוכבים
גורלו של הכוכב תלוי במסה הראשונית של הכוכב ובהרכב הכימי שלו. כל עוד עתודות העיקרי של מימן מרוכזים הליבה, הכוכב הוא מה שנקרא רצף הראשי. ברגע שהיה נטייה להגדיל את הגודל של הכוכב, זה אומר כי המקור העיקרי של היתוך תרמו-גרעיני התייבש. החל מסלול סופי ארוך של טרנספורמציה של גוף שמימי.
נוצר היקום המאורות מחולקים בתחילה לשלושה סוגים נפוצים ביותר:
- כוכבים נורמליים (ננסים צהובים);
- כוכבים ננסיים;
- כוכבים ענקיים.
כוכבים עם מסה נמוכה (גמדים) לאט לשרוף חנויות מימן ולחיות את חייהם די רגוע.
כוכבים כאלה הם הרוב ביקום והכוכב שלנו הוא ננס צהוב. עם תחילת הזיקנה, הגמד הצהוב הופך ענק אדום או supergiant.
בהתבסס על התיאוריה של מקור הכוכבים, תהליך יצירת הכוכבים ביקום לא הסתיים. הכוכבים הבהירים בגלקסיה שלנו הם לא רק הגדולים ביותר, לעומת השמש, אלא גם את הצעיר. אסטרופיסיקאים ואסטרונומים מכנים את הכוכבים הכחולים האלה. בסופו של דבר, הם עומדים בפני אותו גורל, אשר חווה טריליוני כוכבים אחרים. ראשית, הלידה המהירה, החיים המבריקים והנלהבים, שאחריה באה תקופה של ריקבון איטי. כוכבים כמו השמש יש מחזור חיים ארוך, להיות ברצף הראשי (בחלק האמצעי).
באמצעות נתונים על מסת הכוכב, אנו יכולים להניח את נתיב התפתחותה האבולוציוני. איור ממחיש של תיאוריה זו הוא האבולוציה של הכוכב שלנו. שום דבר אינו נצחי. כתוצאה של היתוך תרמו-גרעיני, מימן מומר הליום, ולכן, עתודות הראשונית שלה נצרכים ומופחתים. מתישהו, בקרוב מאוד, מניות אלה ייגמר. אם לשפוט על פי העובדה שהשמש שלנו ממשיכה לזרוח במשך יותר מ -5 מיליארד שנים, ללא שינוי בגודל, הגיל המבוגר של הכוכב יכול עדיין להימשך בערך באותה תקופה.
הידלדלות מימן המילואים יוביל לכך כי תחת השפעת כוח הכבידה הליבה של השמש יתחילו להתכווץ במהירות. צפיפות הליבה תהיה גבוהה מאוד, וכתוצאה מכך תהליכים תרמו-גרעיניים יעברו לשכבות הסמוכות לליבה. מצב כזה נקרא התמוטטות, אשר יכול להיגרם על ידי תגובות תרמו-גרעיניות בשכבות העליונות של הכוכב. כתוצאה מלחץ גבוה, מופעלות תגובות תרמו-גרעיניות הקשורות בהליום.
אספקת מימן הליום בחלק זה של הכוכב תימשך מיליוני שנים. זה לא בקרוב מאוד כי דלדול של עתודות מימן יוביל לעלייה בעוצמת הקרינה, גידול בגודל של הקליפה ואת גודל הכוכב עצמו. כתוצאה מכך, השמש שלנו תהיה גדולה מאוד. אם אנחנו מדמיינים את התמונה הזאת בעשרות מיליארדי שנים, אז במקום דיסק קשיח מסנוור, יהיה תלוי על השמים דיסק אדום חם בגדלים ענקיים. הענקים האדומים הם השלב הטבעי בהתפתחות הכוכב, מצב המעבר שלו לקטגוריה של כוכבים משתנים.
כתוצאה מהטרנספורמציה הזו, המרחק מן כדור הארץ אל השמש יופחת, כך שכדור הארץ ייפול לתוך אזור השפעתה של השמש, ותתחיל "לצלות" בו. הטמפרטורה על פני השטח של כדור הארץ יגדל פי עשרה, אשר יוביל היעלמות האטמוספירה ואת אידוי של מים. כתוצאה מכך, כדור הארץ יהפוך למדבר סלעי חסר חיים.
השלב האחרון בהתפתחות הכוכבים
לאחר שהגיע לשלב של הענק האדום, הכוכב הרגיל הופך לגמד לבן בהשפעת תהליכי הכבידה. אם מסת הכוכב שווה בערך למסה של השמש שלנו, כל התהליכים העיקריים בה יתרחשו בשקט, ללא דחפים ותגובות נפיצות. הגמד הלבן ימות זמן רב, דועך לאפר.
במקרים שבהם הכוכב היה במקור מסה יותר מאשר השמש 1.4 פעמים, הגמד הלבן לא יהיה השלב הסופי. עם מסת גדולה בתוך הכוכב, התהליכים של דחיסה של החומר כוכבים מתחילים ברמה האטומית, המולקולרית. הפרוטונים הופכים לנויטרונים, צפיפות הכוכב גוברת, וגודלה פוחת במהירות.
כוכבי נויטרונים ידועים למדע יש קוטר של 10-15 ק"מ. בגדלים קטנים שכאלה, לכוכב הנייטרונים יש מסה ענקית. סנטימטר מעוקב אחד של חומר כוכבים יכול לשקול מיליארדי טונות.
אם נפגשנו תחילה עם כוכב של מסה גדולה, השלב הסופי של האבולוציה לובש צורות אחרות. גורלו של כוכב מסיבי - חור שחור - חפץ בעל אופי שלא נחקרו והתנהגות בלתי צפויה. המסה העצומה של הכוכב תורמת לעלייה בכוחות הכבידה שהניעו את דחיסת הכוחות. להשעות תהליך זה אינו אפשרי. צפיפות החומר עולה עד שהוא הופך לאינסוף, ויוצר מרחב יחיד (תורת היחסות של איינשטיין). הרדיוס של כוכב כזה יהיה בסופו של דבר אפס, להפוך חור שחור בחלל החיצון. חורים שחורים יהיו הרבה יותר גדולים אם בחלל רוב השטח היה תפוס על ידי כוכבים מסיבי supermassive.
יש לציין כי במהלך הפיכתו של ענק אדום לכוכב נויטרונים או לתוך חור שחור, היקום יכול לשרוד תופעה ייחודית - לידתו של אובייקט חלל חדש.
לידתה של סופרנובה היא השלב הסופי המרשים ביותר בהתפתחות הכוכבים. Здесь действует естественный закон природы: прекращение существование одного тела дает начало новой жизни. Период такого цикла, как рождение сверхновой, в основном касается массивных звезд. Израсходовавшиеся запасы водорода приводят к тому, что в процесс термоядерного синтеза включается гелий и углерод. В результате этой реакции давление снова растет, а в центре звезды образуется ядро железа. Под воздействием сильнейших гравитационных сил центр массы смещается в центральную часть звезды. Ядро становится настолько тяжелым, что неспособно противостоять собственной гравитации. Как следствие, начинается стремительное расширение ядра, приводящее к мгновенному взрыву. Рождение сверхновой - это взрыв, ударная волна чудовищной силы, яркая вспышка в бескрайних просторах Вселенной.
Следует отметить, что наше Солнце не является массивной звездой, поэтому подобная судьба ее не грозит, не стоит бояться такого финала и нашей планете. В большинстве случаев взрывы сверхновых происходят в далеких галактиках, с чем и связано их достаточно редкое обнаружение.
לסיכום
Эволюция звезд - это процесс, который растянут по времени на десятки миллиардов лет. Наше представление о происходящих процессах - всего лишь математическая и физическая модель, теория. Земное время является лишь мгновением в огромном временном цикле, которым живет наша Вселенная. Мы можем только наблюдать то, что происходило миллиарды лет назад и предполагать, с чем могут столкнуться последующие поколения землян.
