Архивы for Солнце и звезды category
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
Наш обычный мир — скалистая Земля с ее океанами, атмосферой, растительной и животной жизнью - состоит примерно из 100 различных химических элементов.
Во Вселенной некоторые из них гораздо более распространены, чем другие. Сочетаясь между собой, элементы образуют бесчисленное множество различных веществ. Но откуда взялись сами элементы, эти основные строительные кирпичики мироздания? Сегодня астрономы в состоянии дать полную картину того, как образовались и как распределились по Вселенной различные элементы (см. также с. 20—21).
Простейший из всех элементов — водород. Ядро атома водорода состоит из единственного протона, а добавление к нему одного электрона завершает конструкцию атома. Ядра других элементов содержат различные количества протонов, а также нейтронов, которые входят в состав всех элементов, кроме водорода. В ходе ядерных реакций отдельные ядра могут слипаться с элементарными частицами, вроде нейтрона, и образовывать новые элементы. Для протекания ядерных реакций нужны очень высокие температуры. Такие температуры существовали па ранних стадиях развития Вселенной, а сейчас они встречаются внутри звезд, во взрывах сверхновых, а также при падении вещества па очень плотные звезды типа белых карликов. Весь водород по Вселенной, да и значительная часть гелия, появились на свет в течение нескольких первых ми-пут после начала мира. Первые из ci|x>p-мировавшихся звезд состояли почти целиком из водорода и гелия. Но мы уже видели, как звезды получают свою энергию путем слияния ядер водорода, приводящего к образованию гелия, а затем — слияния гелия с более тяжелыми элементами, когда получается все остальное, включая углерод, кислород, кремний, железо и так далее. Когда звезда сбрасывает оболочку, как сверхновая, большая часть материала выносится в космическое пространство. Тепловая энергия взрыва способствует созданию еще большего числа элементов. После того как произошло достаточно много
вспышек сверхновых, межзвездное вещество уже содержит зпачи тельное количество веществ, произведенных в звездах — наряду с водородом и гелием, которые были здесь с самого начала. Звезды, которые обходятся без взрыва, также вносят свою лепту, когда они постепенно освобождаются от своих внешних слоев, вызывая появление звездных «ветров» или планетарной туманности.
Теперь самое время напомнить, что звезды формируются из облаков межзвездного материала. Звезды, которые сегодня рождаются в пашей Галактике, образуются из гораздо более разнообразной смеси химических элементов, чем самые первые звезды. Даже паше Солнце уже не принадлежит к первому звездному поколению. Оно сформировалось из облака, в котором было немало углерода, кислорода, кремния, железа и др., — по крайней мере, этих элементов оказалось достаточно, чтобы собрать их воедино но вращающейся туманности, ставшей затем Солнечной системой, и образовать нашу планету. Это может показаться странным, по большинство атомов в твоем собственном теле было создано в недрах давно умерших звезд.
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
Когда 24 февраля 1987 г. была открыта SN 1987А. астрономы были очень взволнованы: ведь это была самая яркая сверхновая с 1604 г. Хотя па этот раз сверхновая вспыхнула не в нашей Галактике, а в соседней — Большом Магеллановом облаке, се звездная величина в максимуме блеска достигла 2,9, что позволяло легко наблюдать сверхновую в южном полушарии невооруженным глазом. Впервые развитие сверхповой стало доступно наблюдению с помощью современной аппаратуры. Используя фотографии, снятые до вспышки, удалось даже определить, какая именно звезда взорвалась. Это оказался голубой сверхгигант с массой примерно в 17 солнечных; согласно расчетам, его возраст составлял около 20 миллионов лет.
На самом деле взрыв произошел примерно за день до его обнаружения. Это было установлено по более ранней фотографии, а исследователи, изучающие потоки космических нейтрино, 23 февраля зарегистрировали неожиданно большое их количество.
Нейтрино — это элементарные частицы, вряд ли имеющие массу. Их очень трудно регистрировать, по такая работа чрезвычайно важна, так как нейтрино уносят большое количество энергии в целом ряде ядерных реакций. Обнаружение нейтрино показало, что наша теория возникновения сверхновой в основном верна. Однако па месте вспышки этой сверхповой не удалось обнаружить пульсар или нейтронную звезду.
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
Хотя современные астрономы не были свидетелями сверхновой в пашей Галактике, им удалось наблюдать но крайней мере второе но интересу событие — сверхновую в 1987 г. в Большом Магеллановом облаке, ближней галактике, видимой в юж-1 пом полушарии. Сверхновой дали' имя SN 1987A. Сверхновые именуются годом открытия, за которым следует заглавная латинская буква в алфавитном порядке, соответственно последовательности находок. SN — это сокращение от «сверхновая». (Если за год их открыто более 26, следуют обозначения АА, ВВ и т.д.)
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
Один из самых известных остатков сверхповой, Крабонидпая туманность, обязана своим названием Уильяму Пар-сопсу, третьему графу Россу, который первым наблюдал се в 1844 г. Ее впечатляющее имя не совсем соответствует этому странному объекту. Теперь мы знаем, что эта туманность — остаток сверхповой, которую наблюдали и описали в 1054 г. китайские астрономы. Ее возраст был установлен в 1928 г. Эдвином Хабблом, измерившим скорость ее расширения и обратившим внимание на совпадение ее положения па небе со старинными китайскими записями. Она имеет форму овала с неровными краями; красноватые и зеленоватые нити светящегося газа видны па фоне тусклого белого пятна.
Нити светящегося газа напоминают есть, наброшенную па отверстие. Белый свет исходит от электронов, несущихся но спиралям в сильном магнитном поле. Туманность является также интенсивным источником радиоволн и рентгеновских лучей. Когда астрономы осознали, что пульсары — это нейтронные звезды, возникающие при взрывах сверхновых, им стало ясно, что искать пульсары надо именно в таких остатках типа Крабовидной туманности. В 1969 г. было обнаружено, что одна из звезд вблизи центра туманности периодически излучает радиоимпульсы, а также световые и рентгеновские сигналы через каждые 33 тысячных доли секунды. Это очень высокая частота даже для пульсара, но она постепенно понижается. Тс пульсары, которые вращаются гораздо медленнее, намного старше пульсара Крабовидной туманности.
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
Звезды, массы которых не достигают 1,4 солнечной, умирают тихо и безмятежно. А что происходит с более массивными звездами? Как возникаю! нейтронные звезды и черные дыры?
Катастрофический изрыв, которым заканчивается жизнь массивной звезды, — это воистину впечатляющее событие. Это самое мощное из природных явлений, совершающихся в звездах. В мгновение ока высвобождается больше энергии, чем излучает ее наше Солнце за 10 миллиардов лет. Световой поток, посылаемый одной гибнущей звездой, эквивалентен целой галактике, а ведь видимый свет составляет лишь матую долю полной энергии. Остатки взорвавшейся звезды разлетаются прочь со скоростями до 20 000 км в секунду.
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
Согласно теоретическим расчетам, масса нейтронной звезды не может превышать трехкратной массы Солнца. А что же случится при сжатии более массивной звезды? Наибольшим признанием пользуется идея, что в этом случае образуется черпая дыра.
Черные дыры обладают фантастическими свойствами, придающими им особый интерес. В области, окружающей сжавшуюся массу, ноле тяготения оказывается столь сильным, что не выпускает наружу даже свет. Граница такой области называется горизонтом событий, потому что пи один внешний наблюдатель не может видеть ничего из происходящего внутри, за этим горизонтом. А внутри ничто — за исключением, возможно, каких-то неизвестных нам физических явлений — не может остановить безудержное сжатие (коллапс) материи в бесконечно малую точку. На самом деле там, на горизонте событий, нет никаких опознавательных знаков, и воображаемый астронавт, падающий в черную дыру, не заметил бы ничего особенного по это вроде клапана с односторонним действием. Внутрь может провалиться все, что угодно, по ничего и никогда уже не выйдет обратно. Для черной дыры, масса которой в три раза превышает солнечную, радиус горизонта событий составляет 9 км.
Существуют ли черные дыры в действительности? Почти наверняка, да. В целом ряде двойных систем, где массы партнеров удается вычислить но особенностям их движения, несомненно, имеются очень компактные объекты, которые слишком массивны, чтобы быть даже нейтронными звездами. В одной из рентгеновских двойных систем, называемой АО620-00, удалось очень точно измерить массу компактной звезды (для этого использовались данные разных видов наблюдений). Она оказалась равной 16 массам Солнца, что намного превышает возможности нейтронных звезд. В другом двойном рентгеновском источнике, V404 Лебедя, есть черная дыра с массой не менее 6,3 солнечной.
Кроме черных дыр с массами, типичными для звезд, почти наверняка существуют и сперхмассивпые черные дыры, расположенные в центрах галактик. Лишь падение вещества в черную дыру может быть источником колоссальной энергии, исходящей из ядер активных галактик.
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
В Галактике найдено, по крайней мере, 100 мощных источников рентгеновского излучения. Рентгеновские лучи обладают настолько большой энергией, что для возникновения их источника должно произойти нечто из ряда вон выходящее. По мнению астрономов, причиной рентгеновского излучения могла бы служить материя, падающая на поверхность маленькой нейтронной звезды.
Возможно, рентгеновские источники представляют собой двойные звезды, одна из которых очень маленькая, по массивная; это может быть нейтронная звезда, белый карлик или черная дыра. Звезда-компаньон может быть либо массивной звездой, масса которой превосходит солнечную в 10—20 раз, либо иметь массу, превосходящую массу Солнца не более чем вдвое. Промежуточные варианты представляются крайне маловероятными. К таким ситуациям приводит сложная история эволюции и обмен массами в двойных системах. Финальный результат зависит от начальных масс и начального расстояния между звездами.
В двойных системах с небольшими массами вокруг нейтронной звезды образуется газовый диск. В случае же систем с большими массами материал устремляется прямо па нейтронную звезду - ее магнитное ноле засасывает его, как и воронку. Именно такие системы часто оказываются рентгеновскими пульсарами.
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
Первые пульсары были открыты в 1968 г., когда радиоастрономы обнаружили регулярные сигналы, идущие к нам из четырех точек Галактики. Ученые были поражены тем фактом, что какие-то природные объекты могут излучать радиоимпульсы в таком правильном и быстром ритме. Вначале (правда, ненадолго) астрономы даже заподозрили участие неких мыслящих существ, обитающих в глубинах Галактики. Но вскоре было найдено естественное объяснение. В мощном магнитном ноле нейтронной звезды движущиеся по спирали электроны генерируют радиоволны, которые излучаются узким пучком, как луч прожектора. Звезда быстро вращается, и радиолуч перссекает линию нашего наблюдения, словно маяк. Некоторые пульсары излучают не только радиоволны, по и световые, рентгеновские и гамма-лучи. Период самых медленных пульсаров — около четырех секунд, а самых быстрых - тысячные доли секунды. Вращение этих нейтронных звезд было но каким-то причинам еще более ускорено; возможно, они входят в двойные системы.
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
Если масса сжимающейся звезды превосходит массу Солнца более чем в 1,4 раза, то такая звезда, достигнув стадии белого карлика, на этом не остановится. Гравитационные силы в этом случае столь велики, что электроны вдавливаются внутрь атомных ядер. В результате протоны превращаются в нейтроны (см. с. 20—21), способные прилегать друг к другу без всяких промежутков. Плотность нейтронных звезд превосходит лаже плотность белых карликов; по если масса материала не превосходит 3 солнечных масс, нейтроны, как и электроны, способны сами предотвратить дальнейшее сжатие. Типичная нейтронная звезда имеет в поперечнике всего лишь от 10 до 15 км, а один кубический сантиметр ее вещества весит около миллиарда тонн.
Помимо неслыханно громадной плотности, нейтронные звезды обладают еще двумя особыми свойствами, которые позволяют их обнаружить, невзирая па столь малые размеры: это быстрое вращение и сильное магнит-нос поле. В общем, вращаются все звезды, но когда звезда сжимается, скорость ее вращения возрастает — точно так же, как фигурист на льду вращается гораздо быстрее, когда прижимает к себе руки. Нейтронная звезда совершает несколько оборотов в секунду. Наряду с этим исключительно быстрым вращением, нейтронные звезды имеют магнитное иоле, в миллионы раз более сильное, чем у Земли.
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
Как только кончается водородное топливо, гравитационные силы берут верх и звезда сжимается. В конце жизненного цикла истощенная звезда может тихо угаснуть в виде белого карлика, либо погибнуть
более драматически — звездным взрывом.
В результате взрывов гигантских звезд в космическом
пространстве могут образоваться черные дыры.
Когда ядерное топливо звезды оказывается израсходованным и в ее глубинах прекращается выработка энергии, звезда начинает сжиматься к центру. Сила тяготения, направленная внутрь, больше не уравновешивается выталкивающей силой горячего газа. Дальнейшее развитие событий зависит от массы сжимающегося материала.
Если эта масса не превосходит солнечную более чем в 1,4 раза, звезда стабилизируется, становясь белым карликом. Катастрофического сжатия не происходит благодаря основному свойству электронов. Существует такая степень сжатия, при которой они начинают отталкиваться, хотя никакого источника тепловой энергии уже нет. Правда, это происходит лишь тогда, когда электроны и атомные ядра сжаты невероятно сильно, образуя чрезвычайно плотную материю.
Белый карлик с массой Солнца но объему приблизительно ранен Земле Всего лишь чашка вещества белого карлика весила бы на Земле сотню тонн. Любопытно, что чем массивнее белые карлики, тем меньше их объем.
Что представляет собой внутренность белого карлика, вообразить очень трудно. Скорее всего это нечто вроде единого гигантского кристалла, который постепенно остывает, становясь все более тусклым и красным. В действительности, хотя астрономы белыми карликами называют целую группу звезд, лишь самые горячие из них, с температурой поверхности около 10 000"С, на самом деле белые. В конечном итоге каждый белый карлик превратится в темный шар радиоактивного пепла абсолютно мертвые останки звезды.
Белые карлики настолько малы, что даже наиболее горячие из них испускают совсем немного света, и обнаружить их бывает нелегко. Тем не менее количество известных белых карликов сейчас исчисляется сотнями; по оценкам астрономов, не менее десятой части всех звезд Галактики — белые карлики. Сириус, самая яркая звезда нашего неба, является членом двойной системы, и его напарник — белый карлик под названием Сириус В.