1.21: Зірки

Зірки

Зірка - це самосвітиться небесне тіло, що складається з маси газу, що утримується власною гравітацією. Зірки існують у балансі - їх внутрішня енергія, що генерується реакціями ядерного синтезу, призводить до відтоку енергії на поверхню зірки. Цей зовнішній потік спрямованого газу і радіаційного тиску врівноважується спрямованими всередину гравітаційними силами.

З давніх часів астрономи складали діаграми зірок у сузір'я - впізнаване угруповання стартів, які з'являються на нічному небі і рухаються разом із сезонами, коли Земля обертається навколо Сонця (рис. 1.43). Хоча зірки в сузір'ї часто з'являються в асоціації за зовнішнім виглядом, вони можуть бути на великих відстанях один від одного і дуже сильно за яскравістю (інтенсивністю). Крім того, зірки існують в широкому діапазоні кольорів, найбільш очевидні при спостереженні через телескопи або з космосу (рис. 1.44). Багато зірок згруповані разом, часто ділячись спільною зоряною історією (рис. 1.45). Деякі зірки обертаються навколо один одного відносно близько один до одного як двійкові системи (рис. 1.46). Деякі зоряні системи мають кілька зірок на орбіті навколо один одного.

Малюнок 1.43. Сузір'я діаграми зірок видно в осінньому нічному небі.

Малюнок 1.44. Вид на зірки різних кольорів у регіоні Альфа Центарі. Колір є відображенням того, наскільки гарячі зірки: синій - найгарячіший, червоний - прохолодніше. Білий і жовтий є проміжними.

Малюнок 1.45. Зоряне скупчення Плеяд, мабуть, найбільш впізнаване сузір'я, містить понад 3000 зірок і знаходиться близько 400 світлових років і близько 13 світлових років в діаметрі.

Малюнок 1.46. Альбірео - це назва двійкової зоряної системи, видимої близько 380 світлових років віддалені.

Серед мільйонів зірок, які спостерігаються в нашій галактиці, астрономи класифікували їх за розміром, кольором та яскравістю (інтенсивністю). Більшість зірок в нашій галактиці потрапляють в клас, який називається головною послідовністю, до якої належить наше Сонце (рис. 1.47). Астрономи розробили теорії про утворення зірок і життєвому циклі зірок різних їх класів. З роками спостережень було отримано достаток знань про життєвий цикл зірок (рис. 1.48).

Життєвий цикл зірок

Зірки утворюються в гігантських молекулярних хмарах, званих туманністю. Туманність - це міжзоряна хмара всередині галактики, що складається з газу та пилу, зазвичай світяться від променистої енергії від зірок поблизу них (рис. 1-49 - 1-54). Туманності - це місце народження як зірок, так і інших об'єктів у сонячних системах. Туманність може утворитися від вибуху зірок в кінці їх життєвого циклу, в результаті чого створюється нове покоління зірок і сонячних систем.

Коли зірки утворюються, гравітація втягує матеріал (в основному газ), і його маса збільшується, поки внутрішнього тепла і тиску не вистачить для початку ядерних реакцій синтезу (перетворення водню в гелій). Коли зірки старіють, вони споживають своє паливо і в кінцевому підсумку закінчується ядерне паливо. Зірки, як Сонце, можуть зайняти мільярди років, щоб споживати своє ядерне паливо. Коли паливо закінчується, зірки руйнуються під вагою власної сили тяжіння. Однак доля зірки залежить від її маси.

Зірки приблизно до семи разів більшої маси сонця потрапляють в «основну послідовність» угруповання зірок. Вони проходять етапи, коли вони споживають своє паливо. Молоді зірки зливають водень в гелій. Коли зірки закінчуються з водню, сила тяжіння змушує їх руйнуватися, що збільшує тепло і тиск всередині його ядра. Під час цієї фази життя зірки вона розшириться і стане червоним гігантом. Як тільки гелій в ядрі зірки споживається, зірки в головній послідовності скинуть більшу частину своєї маси в космос (створюючи туманність), а решта ядра зменшиться, охолоне і стиснеться, щоб стати гарячим залишком, який називається білим карликом.

Доля супергігантських зірок

Зірки з масами, що перевищують приблизно в сім разів масу Сонця, відчувають більш ефектну долю. Більш масивні зірки будуть горіти через своє паливо набагато швидше, ніж зірки головної послідовності, оскільки їх ядра гарячіші і під більшим тиском. Одні ці масивні зірки спалюють через свій водень і гелій, це збільшення тепла і тиску дозволяє плавленню перетворювати гелій у вуглець, потім вуглець в неон, а потім в залізо. Оскільки зірка продовжує горіти через своє паливо, вона врешті-решт вимикається, тому що процес синтезу створення заліза фактично споживає більше енергії, ніж виробляє, а зірка втрачає рівновагу і руйнується під власною гравітацією. Руйнується ядро досягає температур в діапазоні 100 мільярдів градусів, а ядро відштовхується як масовий вибух під назвою нова. Великі зіркові руйнування виробляють наднові, де зірка може пролити більшу частину своєї маси в космос. Те, що відбувається з ядром, залежить від маси зірки. Зірки приблизно в 7 - 20 разів більше маси Сонця виробляють масово щільні об'єкти, звані нейтронними зірками (їх щільність настільки велика, що електрони і протони руйнуються, утворюючи велику масу нейтронів). Зірки з масою, що перевищує приблизно в 20 разів масу Сонця, руйнуються, утворюючи чорні діри. Чорні діри настільки щільні, що їх гравітація заважає світлу втекти зсередини їх «горизонтів подій», де матерія витягується у внутрішній простір, де нічого не виходить.

Малюнок 1.47. Діаграма Герцшпрунга-Рассела ілюструє класифікацію зірок на основі розміру зірки, температури та інтенсивності. Життєвий цикл зірок залежить в першу чергу від їх маси і складу.	Малюнок 1.48. Ілюстрація життєвого циклу зірок від їх утворення в туманностях до їх кінцевої долі руйнування та вибуху з утворенням білих карликів, нейтронних зірок або чорних дір, залежно від їх маси.	Малюнок 1.49. Туманність Каріна, частина нашої Галактики Чумацького Шляху, де нові зірки утворюються і виходять з хмари газу та пилу в тому, що прийнято називати «зоряним розплідником».	Малюнок 1.50. Наднові - це великі вибухи, які частково повністю зносять старіючі масивні зірки, випускаючи нову речовину і газ для створення нового покоління зірок у новоствореній туманності.
Малюнок 1.51. Туманність Кінська голова, розташована в сузір'ї Оріона, в основному є пилом. Яскраві плями в туманності пов'язані з новоутвореними зірками.	Малюнок 1.52.Крабова туманність - це залишок наднової, записаної в 1054 році н.е., Крабова туманність зараз охоплює близько 10 світлових років і має нейтронну зірку в центрі.	Малюнок 1.53. Кільцева туманність розташована приблизно в 2000 світлових роках від Землі. Туманність - це газова плащаниця діаметром близько світлового року, яка оточує вмираючу зірку.	Малюнок 1.54. Годинна скляна туманність (виявлена телескопом Хаббла) - це незвичайна молода планетарна туманність, розташована приблизно за 8000 світлових років.