Každý z nás alespoň jednou v životě pohlédl do hvězdné oblohy. Někdo se na tuto krásu podíval, zažil romantické pocity, druhý se snažil pochopit, odkud pochází tato krása. Život ve vesmíru, na rozdíl od života na naší planetě, proudí jinou rychlostí. Čas ve vesmíru žije ve svých vlastních kategoriích, vzdálenosti a velikosti ve vesmíru jsou obrovské. Málokdy přemýšlíme o tom, že před našimi očima se neustále vyvíjejí galaxie a hvězdy. Každý objekt v nekonečném prostoru je výsledkem určitých fyzických procesů. Galaxie, hvězdy a dokonce i planety mají hlavní fáze vývoje.
Naše planeta a my všichni závisí na našem svítidle. Jak dlouho slunce potěší svojí teplo, dýchá život do sluneční soustavy? Co nás čeká v budoucnu v milionech a miliardách let? V tomto ohledu je zajímavé dozvědět se více o tom, jaké jsou etapy vývoje astronomických objektů, odkud pocházejí hvězdy, a jak končí život těchto nádherných světel na noční obloze.
Původ, narození a evoluce hvězd
Vývoj hvězd a planet, které obývají naši galaxii Mléčné dráhy a celý vesmír, byl z velké části dobře studován. Zákony fyziky, které pomáhají porozumět původu kosmických objektů, pracují nepohodlně ve vesmíru. Základem tohoto případu je teorie Velkého třesku, která je nyní dominantní doktrínou procesu procesu vzniku Vesmíru. Akce, která otřásla vesmírem a vedla k vytvoření vesmíru, podle vesmírných standardů, bleskurychle. Pro vesmír, od narození hvězdy až po jeho smrt, procházejí okamžiky. Obrovské vzdálenosti vytvářejí iluzi stálosti vesmíru. Hvězda, která zářila v dálce, nás blyší miliardy let, v té době to možná není.
Teorie evoluce galaxií a hvězd je vývojem teorie velkého třesku. Doktrína o narození hvězd a vznik hvězdných systémů se liší v měřítku a načasování, které lze na rozdíl od vesmíru jako celku pozorovat moderními prostředky vědy.
Studium životního cyklu hvězd je možné na příkladu nejbližšího světla. Slunce je jedna ze stovek bilionů hvězd v našem zorném poli. Navíc vzdálenost od Země až po Slunce (150 milionů km) poskytuje jedinečnou příležitost prozkoumat objekt bez opuštění hranice sluneční soustavy. Získané informace umožňují podrobně porozumět tomu, jak jsou uspořádány další hvězdy, jak rychle jsou tyto obří zdroje tepla vyčerpány, jaké jsou fáze vývoje hvězdy a jaký bude konec tohoto skvělého života - tichý a tlumený nebo šumivý, výbušný.
Po Velkém třesku se malé částice tvořily mezihvězdnými mraky, které se staly "nemocnicí" pro trilióny hvězd. Je charakteristické, že všechny hvězdy se narodily současně jako důsledek kontrakce a expanze. Komprese v oblacích kosmického plynu se objevila pod vlivem vlastní gravitace a podobných procesů v nových hvězdách v okolí. Rozšíření vzniklo v důsledku vnitřního tlaku mezihvězdného plynu a působením magnetických polí uvnitř plynového mraku. Současně se oblak volně otáčel kolem svého středu hmoty.
Vzdušné mraky vzniklé po explozi jsou 98% složené z atomového a molekulárního vodíku a hélia. Pouze 2% v tomto poli představuje prach a pevné mikroskopické částice. Předtím se věřilo, že v centru každé hvězdy leží jádro železa, vyhřáté na teplotu o milión stupňů. Tento aspekt vysvětlil obrovskou hmotnost svítidla.
V opozici fyzických sil převládaly kompresní síly, protože světlo vzniklé uvolněním energie neproniklo do plynového mraku. Světlo spolu s částí vyzařované energie se rozprostírá směrem ven a vytváří negativní teplotu a zónu nízkého tlaku uvnitř hustého hromadění plynu. V takovém stavu je kosmický plyn rychle stlačován, vliv síly gravitační přitažlivosti vede k tomu, že částice začínají vytvářet hvězdnou hmotu. Když je plynová hustota hustá, intenzivní komprese vede k vytvoření hvězdokupy. Když je velikost plynového mraku nevýznamná, komprese vede k vytvoření jedné hvězdy.
Stručný popis toho, co se děje, je, že budoucnost hvězdy prochází dvěma etapami - rychlým a pomalým stlačením na stav protostaru. Mluvit v jednoduchém a srozumitelném jazyce, rychlá komprese je pád hvězdné hmoty do středu protostaru. Na pozadí vytvořeného středu protostaru dochází k pomalému stlačení. Během následujících sto tisíc let se nová forma zmenšuje a její hustota se zvětšuje miliónykrát. Postupně se protostar stává neprůhledným kvůli vysoké hustotě hvězdné hmoty a pokračující komprese vyvolává mechanismus vnitřních reakcí. Růst vnitřního tlaku a teplot vede ke vzniku budoucího těžiště v budoucí hvězdě.
V tomto stavu protostar zůstává po miliony let, pomalu vydává teplo a postupně se snižuje. V důsledku toho vzniknou obrysy nové hvězdy a hustota jejich látky se stává srovnatelnou s hustotou vody.
Hustota naší hvězdy je v průměru 1,4 kg / cm3 - téměř stejná jako hustota vody v slaném Mrtvém moři. Ve středu Slunce je hustota 100 kg / cm3. Hvězdná hmota není v kapalném stavu, ale je ve formě plazmatu.
Pod vlivem obrovského tlaku a teploty přibližně 100 milionů K začínají termonukleární reakce vodíkového cyklu. Komprese přestane, hmotnost objektu se zvyšuje, když se gravitační energie změní na termonukleární spalování vodíku. Od této chvíle začíná nová hvězda, která vyzařuje energii, ztratit maso.
Výše popsaná forma hvězdy je jen primitivní schéma, která popisuje počáteční fázi vývoje a narození hvězdy. Dnes takové procesy v naší galaxii a v celém vesmíru jsou téměř nepostřehnutelné kvůli intenzivnímu vyčerpání hvězdného materiálu. Pro celou vědomou historii pozorování naší galaxie byly zaznamenány jen izolované objevy nových hvězd. V měřítku vesmíru se toto číslo může zvýšit stovky a tisícekrát.
Většina svého života jsou protostary skryty z lidského oka prachovou skořápkou. Emise jádra lze pozorovat pouze v infračerveném rozsahu, což je jediný způsob, jak vidět narození hvězdy. Například v roce 1967 astronomové vědci v mlhovině Orion objevili novou hvězdu, jejíž teplota záření byla 700 stupňů Kelvina. Následně se ukázalo, že rodiskem protostarů jsou kompaktní zdroje, které jsou k dispozici nejen v naší galaxii, ale i v jiných částech vesmíru, které jsou od nás vzdáleny. Kromě infračerveného záření jsou místa vzniku nových hvězd označena intenzivním rádiovým signálem.
Proces studování a evoluce hvězd
Celý proces poznávání hvězd lze rozdělit do několika etap. Na začátku určete vzdálenost k hvězdě. Informace o tom, jak daleko hvězda je od nás, jak dlouho světlo z ní vychází, dává představu o tom, co se stalo hvězdě po celou tuto dobu. Poté, co se člověk naučil měřit vzdálenost k vzdáleným hvězdám, bylo jasné, že hvězdy jsou stejné slunce, jen různé velikosti a různé osudy. Znalost vzdálenosti k hvězdě, úroveň světla a množství vyzařované energie lze sledovat proces termonukleární fúze hvězdy.
Po určení vzdálenosti k hvězdě lze pomocí spektrální analýzy vypočítat chemické složení hvězdy a zjistit její strukturu a věk. Díky vzhledu spektrografu dokázali vědci studovat povahu světla hvězd. Toto zařízení může určit a měřit složení plynu hvězdné hmoty, které hvězda má v různých stádiích své existence.
Při studiu spektrální analýzy energie Slunce a dalších hvězd vědci dospěli k závěru, že vývoj hvězd a planet má společné kořeny. Všechna kosmická těla mají stejný typ, mají podobné chemické složení a pocházejí ze stejné hmoty, která je výsledkem Velkého třesku.
Hvězdná hmota se skládá ze stejných chemických prvků (až po železo) jako naše planeta. Jediným rozdílem je počet těchto nebo jiných prvků a procesy, které se vyskytují na Slunci a uvnitř pevniny země. Toto rozlišuje hvězdy od jiných objektů ve vesmíru. Původ hvězd by měl být také zvažován v kontextu jiné fyzické disciplíny - kvantové mechaniky. Podle této teorie se záležitost, která určuje hvězdnou hmotu, skládá z neustálého dělení atomů a elementárních částic vytvářejících jejich vlastní mikrokosmos. Z tohoto hlediska je zajímavá struktura, složení, struktura a evoluce hvězd. Jak se ukázalo, hlavní hmota naší hvězdy a mnoha dalších hvězd představuje jen dva prvky - vodík a hélium. Teoretický model popisující strukturu hvězdy umožní pochopení jejich struktury a hlavního rozdílu od ostatních prostorových objektů.
Hlavním rysem je, že mnoho objektů ve vesmíru má určitou velikost a tvar, zatímco hvězda může měnit svou velikost, jak se vyvíjí. Horký plyn je směs atomů slabě spojených s každým jiným. Miliony let po vzniku hvězd začíná ochlazování povrchové vrstvy hvězdné hmoty. Hvězda dává většinu své energie do vesmíru, klesá nebo se zvětšuje. Přenos tepla a energie nastává z vnitřních oblastí hvězdy na povrch, což ovlivňuje intenzitu záření. Jinými slovy, stejná hvězda v různých obdobích její existence vypadá jinak. Termonukleární procesy založené na reakcích vodíkového cyklu přispívají k přeměně lehkých atomů vodíku na těžší prvky - hélium a uhlík. Podle astrofyziků a jaderných vědců je taková termonukleární reakce nejúčinnější, pokud jde o množství uvolněného tepla.
Proč termonukleární fúze jádra končí explozí takového reaktoru? Věc je, že síly gravitačního pole v něm mohou udržovat hvězdnou hmotu v mezích stabilizovaného objemu. Z toho můžeme vyvodit jednoznačný závěr: každá hvězda je masivní tělo, které si zachovává svou velikost díky rovnováze mezi gravitačními silami a energií termonukleárních reakcí. Výsledkem tohoto ideálního přirozeného modelu je zdroj tepla, který může pracovat po dlouhou dobu. Předpokládá se, že první formy života na Zemi se objevily před 3 miliardami let. Slunce v těch dnech oteplovalo naši planetu právě tak, jak je tomu nyní. V důsledku toho se naše hvězda změnila málo, a to navzdory tomu, že měřítko vyzařované teplo a sluneční energie je obrovské - více než 3-4 milionů tun každou vteřinu.
Je snadné si vypočítat, kolik v průběhu let své existence naše hvězda ztratila váhu. Bude to obrovská postava, ale kvůli své obrovské hmotnosti a vysoké hustotě vypadají takové ztráty ve vesmíru bezvýznamné.
Etapy vývoje hvězd
Osud hvězdy závisí na počáteční hmotnosti hvězdy a chemickém složení. Dokud jsou hlavní rezervy vodíku soustředěny v jádru, hvězda je v takzvané hlavní sekvenci. Jakmile se objevila tendence ke zvýšení velikosti hvězdy, znamená to, že hlavní zdroj termonukleární fúze vysušil. Začala dlouhá cesta k transformaci nebeského těla.
Tvořené ve vesmíru svítidla jsou zpočátku rozděleny do tří nejběžnějších typů:
- normální hvězdy (žluté trpaslíky);
- trpasličí hvězdy;
- obří hvězdy.
Hvězdy s nízkou hmotností (trpaslíci) pomalu spalují zásoby vodíku a žijí velmi klidně.
Takové hvězdy jsou většinou ve vesmíru a naše hvězda je žlutý trpaslík. S nástupem stáří se žlutý trpaslík stane červeným obřím nebo supergiant.
Na základě teorie o původu hvězd není proces tvorby hvězd ve vesmíru ukončen. Nejjasnější hvězdy naší galaxie jsou nejen největší ve srovnání se Sluncem, ale také nejmladší. Astrofyziké a astronomové nazývají tyto hvězdy modré supergianty. Nakonec čelí stejnému osudu, který zažívá bilióny dalších hvězd. Za prvé, rychlé narození, brilantní a temperamentní život, po kterém nastane období pomalého úpadku. Hvězdy, jako je Slunce, mají dlouhý životní cyklus a jsou v hlavní řadě (ve střední části).
Pomocí dat o hmotě hvězdy můžeme předpokládat její vývojovou cestu. Příkladem této teorie je evoluce naší hvězdy. Nic není věčné. V důsledku termonukleární fúze je vodík přeměněn na hélium, proto jsou jeho počáteční rezervy spotřebovány a sníženy. Někdy, brzy, tyto zásoby skončí. Soudě podle skutečnosti, že naše Slunce stále svítí více než 5 miliard let, aniž by se změnilo ve velikosti, může dospělý věk hvězdy stále trvat přibližně ve stejném období.
Vyčerpání rezerv vodíku povede k tomu, že pod vlivem gravitace se jádro slunce začne rychle zmenšovat. Hustota jádra se stane velmi vysokou, což vede k tomu, že termonukleární procesy se přesunou k vrstvám přilehlým k jádru. Takový stav se nazývá kolaps, který může být způsoben termonukleárními reakcemi v horních vrstvách hvězdy. V důsledku vysokého tlaku se spouštějí termonukleární reakce zahrnující hélium.
Dodávka vodíku a helia v této části hvězdy bude trvat miliony let. Není příliš brzy, že vyčerpání rezerv vodíku povede ke zvýšení intenzity záření, ke zvýšení velikosti skořápky a velikosti samotné hvězdy. Výsledkem je, že naše slunce bude velmi velké. Pokud si představíme tento obraz za desítky miliard let, namísto oslnivého jasného disku bude na obloze viset žhavý červený disk o gigantických velikostech. Rudé obry jsou přirozenou fází vývoje hvězdy, její přechodný stav do kategorie proměnných hvězd.
V důsledku této transformace se vzdálenost Země od Slunce sníží, takže Země spadne do zóny vlivu sluneční korony a začne se "pečovat" v ní. Teplota na povrchu planety se zvýší desetinásobně, což povede ke zmizení atmosféry a odpařování vody. V důsledku toho se planeta změní na bez života bez skalní pouště.
Konečné fáze vývoje hvězd
Po dosažení fáze červeného obra se normální hvězda stává bílým trpaslíkem pod vlivem gravitačních procesů. Pokud je hmota hvězdy přibližně stejná jako hmotnost našeho Slunce, všechny hlavní procesy v něm budou probíhat tiše, bez impulzů a výbušných reakcí. Bílý trpaslík zemře dlouhou dobu a vybledne na popel.
V případech, kdy hvězda původně měla více než 1,4násobek hmotnosti slunečního záření, nebude bílý trpaslík poslední fází. S velkou hmotností uvnitř hvězdy procesy zhutňování hvězdné hmoty začínají na atomové, molekulární úrovni. Protony se změní na neutrony, hustota hvězdy se zvětší a její velikost rychle klesá.
Neutronové hvězdy, které věda zná, mají průměr 10-15 km. S tak malými rozměry má neutronová hmota obrovskou hmotnost. Jeden kubický centimetr hvězdné hmoty může vážit miliardy tun.
V případě, že jsme se zpočátku zabývali hvězdou velkého množství, poslední fáze evoluce přebírá jiné formy. Osud masivní hvězdy - černé díry - objekt s neprobádanou povahou a nepředvídatelným chováním. Obrovská hmota hvězdy přispívá ke zvýšení gravitačních sil, které způsobují, že se stlačovací síly pohybují. Pozastavení tohoto procesu není možné. Hustota hmoty roste až do okamžiku, kdy se změní na nekonečno, čímž vznikne singulární prostor (Einsteinova teorie relativity). Poloměr takové hvězdy se nakonec stane nulou a stane se černou dírou ve vesmíru. Černé díry by byly mnohem větší, kdyby ve vesmíru byla většina prostoru obsazena masivními a supermasivními hvězdami.
Je třeba poznamenat, že během transformace červeného obra na neutronovou hvězdu nebo do černé díry může vesmír přežít jedinečný fenomén - narození nového vesmírného objektu.
Narození supernovy je nejpozoruhodnějším posledním stupněm evoluce hvězd. 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.
Na závěr
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.
