„Saulė paliks Žemės dydžio deimantą“. Astronomas Michailas Lisakovas – apie žvaigždžių evoliuciją
įvairenybės / / July 27, 2023
Kaip ir biologinis, jis trunka milijonus metų, tačiau dėl to neatsiranda naujų rūšių organizmai, o ypač auksas.
Yra daug mitų, su kuriais dažnai susiduria astronomai. Pavyzdžiui, daugelis įsitikinę, kad Jupiteris kada nors gali virsti žvaigžde. Ir kiekviena žvaigždė savo gyvenimo pabaigoje sprogs.
Fizikas ir astronomas Michailas Lisakovas pasakojo forume „Mokslininkai prieš mitus“, kurį gyvenimo kelią eina kiekviena žvaigždė. Jis taip pat paaiškino, kas nutiks mūsų Saulei evoliucijos pabaigoje, ir paaiškino, kodėl auksas yra kosminis metalas. Šį forumą rengiaANTROPOGENESIS.RU“, - paskelbė vaizdo įrašą YouTube kanalas. Ir Lifehacker apibendrino paskaitą.
Michailas Lisakovas
Fizinių ir matematikos mokslų kandidatas, FIAN Astrokosmoso centro Ekstragalaktinės radijo astronomijos laboratorijos vyresnysis mokslo darbuotojas. Daugiau nei 40 mokslinių straipsnių autorius.
Kokį dangaus kūną galima laikyti žvaigžde
Yra lengvabūdiška formuluotė: žvaigždė yra objektas, iš kurio matome spindulius.
Tiesą sakant, tai tikrai ne pokštas. Jei pažvelgsime į kosmoso nuotraukas, darytas teleskopais, pamatysime miglotus debesis ir ryškius taškus. Mažos rūko dėmės yra galaktikos. Šviečiantys taškai su keliais spinduliais yra žvaigždės.
Šiuolaikinio teleskopo optinė sistema sukurta taip, kad nuotraukoje lūžus šviesai žvaigždėse iš tikrųjų atsiranda spinduliai. Tačiau senoviniuose dangaus žemėlapiuose, kai tokių teleskopų nebuvo, žmonės žvaigždes vaizdavo taip pat.
Norėdami suprasti, kas yra paslaptis, mokslininkai atliko nedidelį tyrimą. Jie švietė žmonėms į akis mažu, bet ryškiu šaltiniu ir fotografavo tinklainė. Paaiškėjo, kad visi tinklainės tiriamieji padarė labai panašius vaizdus. Tai yra, aiškus centras ir plonų linijų, susikertančių šioje vietoje, debesis. Tai tiesa: žvaigždės yra ryškūs dangaus kūnai, turintys spindulius.
O dabar rimtai. Suprasti, kuo žvaigždė skiriasi nuo kitos erdvės objektųPažvelkime į jo centrą. Yra branduolys, kuriame nuolat vyksta termobranduolinė reakcija. Dėl to lengvi elementai virsta sunkesniais ir dėl šio perėjimo išsiskiria energija. Jis perkeliamas į išorinius žvaigždės sluoksnius. Pavyzdžiui, maišant dideles medžiagos mases. Šis procesas atrodo taip verdantis vandens puode. Taip matome savo Saulės paviršių.
Nepertraukiama termobranduolinė reakcija yra pagrindinis žvaigždės skiriamasis bruožas.
Tokiam susiliejimui būtina labai suartinti teigiamai įkrautas daleles, protonus. Norint palaikyti šį procesą, reikalinga labai aukšta temperatūra ir slėgis. Ir dėl reakcijos vienas helio atomas gaunamas iš dviejų vandenilio atomų arba keturių protonų.
Tačiau žinoma, kad keturi protonai sveria daugiau nei šis atomas. Taigi, jūs turite suprasti, kur yra skirtumas.
Mūsų visatoje mes nežinome procesų, kurie galėtų atimti masę ar energiją, kad ji išnyktų. Taip nebūna. Sintezės procesuose gimsta kai kurios naujos dalelės, tokios kaip neutrinai, ir išsiskiria energija. Tiesą sakant, dėl to žvaigždės šviečia.
Michailas Lisakovas
Jei susiduria trys helio atomai, anglies atomas susidaro termobranduolinės sintezės metu. Tačiau tam reikia dar aukštesnės temperatūros. Tačiau procesas nesibaigia ir ties anglimi. Tada pradedamas sintetinti deguonis, tada magnis. Ir taip toliau iki geležies. Spontaniškai nebepalaikoma sunkesnių elementų sintezė žvaigždės šerdyje. Tam reikia papildomos energijos iš išorės.
Sklando mitas, kad Jupiteris taip pat turėjo tapti žvaigžde, kaip Saulė, bet kažkas nutiko ne taip. Tai mitas, nes šios planetos masės nepakanka nuolatinei termobranduolinei reakcijai palaikyti. Temperatūra ir slėgis nebus pakankamai aukšti. Todėl Jupiteris gali tapti žvaigžde tik esant vienai sąlygai: jis padidins savo masę maždaug 15 kartų. Bet tai neįmanoma.
Kokios yra žvaigždės?
Jei pažvelgsite į naktinį dangų giedrą dieną, galite pamatyti įvairių tipų žvaigždes:
- Šviesus arba blankus. Anksčiau buvo manoma, kad kuo mažiau matoma žvaigždės jie tik toliau nuo mūsų. Bet tada astronomai išmoko išmatuoti atstumus iki kosminių objektų. Ir išsiaiškino, kad šviestuvų ryškumas priklauso ne nuo atstumo, o nuo jų galios. Kai kurioms žvaigždėms šis parametras iš tiesų yra didesnis nei kitų.
- Įvairių spalvų – mėlyna, geltona, rausva, balta. Skirtingų atspalvių žvaigždės taip pat nėra iliuzija. Kiekvienas iš jų turi savo radiacijos temperatūrą.
Mokslininkai sukūrė grafiką, kuriame horizontalioji ašis yra žvaigždės temperatūra arba jos spalva. Vertikali ašis yra ryškumas, šviesos sodrumas. Tada į šį grafiką įtraukiame visas žinomas žvaigždes. Ir jie pamatė, kad dauguma jų išsidėstę įstrižai – nuo galingiausių ir karščiausių mėlynųjų milžinų iki mažų raudonųjų nykštukų. Ši įstrižainė buvo vadinama pagrindine seka.
Visos žvaigždės, kurios šiuo metu degina vandenilį centre ir paverčia jį heliu, yra šioje tiesėje.
Michailas Lisakovas
Masyvios ir ryškios, karštesnės žvaigždės yra mėlynojoje spektro dalyje. Jų yra labai mažai ir jie gyvena palyginti trumpai. Tačiau kairėje, raudonoje spektro srityje matome daug daugiau žvaigždžių. Jų masė gerokai mažesnė, šaltesni ir silpnai blizga. Tačiau jų gyvenimas yra daug ilgesnis nei mėlynųjų milžinų. Saulė yra arčiau vidurio – geltonojoje spektro srityje.
Tačiau diagramoje yra dar keletas sričių. Apsvarstykite tuos, kurie yra aukščiau pagrindinės sekos. Ten patenka žvaigždės, kuriose termobranduolinės sintezės procese visas vandenilis baigėsi, tai yra, sudegė. Pasirodo, savotiški „slaugos namai“ žvaigždėms – vieta, kur šviesuliai krenta savo gyvenimo saulėlydyje. Juose vis dar vyksta sintezės reakcija ir lengvesni elementai toliau virsta sunkiais.
Tačiau yra dar viena gana pastebima žvaigždžių spiečių sritis - žemiau pagrindinės sekos. Astronomai tai vadina „kapinėmis“.
Kai žvaigždėms pritrūksta visų kitų elementų, kuriuos jos gali pagaminti savo šerdyje, jos patenka į „žvaigždžių kapines“. Ten, kur labai karšta, bet labai labai blanku.
Michailas Lisakovas
Kaip vyksta žvaigždžių evoliucija?
Dabar pakalbėkime išsamiau apie tai, kokie įvykiai vyksta per ilgą žvaigždžių gyvenimą.
Astronomai visus žvaigždžių būklės pokyčius vadina žvaigždžių evoliucija. Ji beveik neturi nieko bendro biologinė evoliucija. Vienintelis sutapimas yra tas, kad abu procesai tęsiasi milijonus ir milijardus metų.
Žvaigždžių evoliucija yra visas kiekvieno šviesulio gyvavimo ciklas. Per tą laiką žvaigždė neatpažįstamai pasikeičia. Tačiau kokie pokyčiai jos laukia, priklauso nuo masės. Galima sąlyginai erdvės objektus suskirstyti į tris grupes.
1. Mažos masės žvaigždės
Pavyzdžiui, „Proxima Centauri“. Jie gimsta dujų ir dulkių debesyje ir tampa raudonaisiais nykštukais. Ir tada jie labai ilgai gyvena nepakitusios būsenos, kol pritrūksta vandenilio. Toks likimas laukia žvaigždės, jei jos masė yra apie 10 kartų mažesnė už saulę.
2. Žvaigždės savo dydžiu prilygsta Saulei
Tai sunkesni ir įdomesni objektai. Jų masės pakanka, kad po vandenilio degimo šerdyje prasidėtų kitas etapas – anglies sintezė iš helio. Dėl to jie išsipučia iki raudonojo milžino dydžio. Pavyzdžiui, Saulė dėl šio proceso padidės taip, kad prarys Merkurijų ir Venerą. Ir tada jis išaugs beveik iki Žemės orbitos. Tai įvyks maždaug po penkių milijardų metų. Bus puiku, jei žmonės iki tol ras kelią. būti toli nuo mūsų šviesos.
Tada tokia žvaigždė išmeta apvalkalą, kuris virsta planetiniu ūku. Centre išlieka šviečiantis taškas – buvęs branduolys. O šviesulys sąlyginai persikelia į kapines.
3. masyvios žvaigždės
Jų masė yra daugiau nei 10 kartų didesnė nei saulės. Jie greitai gyvena ir galiausiai virsta bet kuriuo Juodoji skylėarba į neutroninę žvaigždę. Išsamiau pakalbėsime apie tai, kaip vyksta didžiulių šviesuolių evoliucija.
Saulė liks su balta nykštuke, pagaminta iš anglies. Kai jis visiškai atvės ir anglis kristalizuosis, iš principo gausite Žemės dydžio deimantą.
Michailas Lisakovas
Kaip atsiranda neutroninės žvaigždės ir juodosios skylės?
Labai sunkiose žvaigždėse temperatūra ir slėgis leidžia termobranduolinei reakcijai tęstis iki geležies susidarymo stadijos. Todėl savo sandara milžinų branduoliai primena svogūnus. Pačiame centre jie turi geležies, tada silicio, deguonies, neono ir pan.
Kai visa medžiaga virsta geležimi, sintezės variklis išjungiamas. Jam jau energetiškai nepelninga dirbti toliau. Todėl žvaigždės spinduliavimas sustoja. Bet gravitacija lieka.
Ir tada gravitacija priverčia visus išorinius sluoksnius sugriūti ir skristi link centro.
Tada žvaigždė sprogsta kaip supernova. Bet čia yra du variantai:
- Kvantinės jėgos sustabdys žlugimo procesą. Po sprogimo likusios žvaigždžių medžiagos tankis taps toks didelis, kad elektronai bus spaudžiami į protonus ir dėl to susidarys neutralios dalelės – neutronai. Dėl kvantinių efektų neutronai neleis gravitacijai tęsti suspaudimo proceso. Dėl to susidaro neutroninė žvaigždė – objektas, turintis itin didelį medžiagos tankį.
- Gravitacija yra stipresnė už kvantines jėgas. Tada žlugimo procesas tęsiasi tol, kol objektas virsta juodąja skyle.
Sklando mitas, kad juodosios skylės palaipsniui sugers visą materiją visata. Bet taip nėra.
Būna, kad žvaigždės gimsta ir gyvena poromis. Įsivaizduokite, kad vienas virto juodąja skyle, o kitas tapo raudonuoju milžinu. Tada pirmasis lėtai ištrauks medžiagą iš antrojo. Aplink juodąją skylę susidaro karštų dalelių diskas. Jei tokių dalelių bus per daug, stebėsime atvirkštinį procesą.
Tam tikromis sąlygomis juodoji skylė gali pradėti mesti materijos sroves. Tai yra, iš esmės „pamaitinti“ juodąją skylę nėra taip paprasta. O baimių, kad juodosios skylės įsiurbs visą Visatos materiją, apskritai, niekas stipriai nepatvirtina.
Michailas Lisakovas
Iš kur Visatoje atsirado auksas ir kiti sunkieji metalai?
Mes išsiaiškinome, kad geležis ir lengvesni elementai sintetinami termobranduolinės reakcijos procese žvaigždės viduje. Pažiūrėkime, kaip susidaro sunkesni už geležį elementai.
Tam reikia papildomų neutronų ir dideliais kiekiais. Tam tikromis sąlygomis jie gali būti „įstumti“ į lengvesnio elemento atomo branduolį. Dėl to neutronai gali prarasti elektronus beta skilimo procese. Tada neutralios dalelės pavirs protonais ir padidės atomo krūvis. Tai reiškia, kad bus padidintas serijos numeris - elementas pavirs sunkesniu.
Kyla klausimas: iš kur gauti tiek laisvų neutronų. Anksčiau buvo manoma, kad daugybė jų atsiranda po supernovos sprogimų. Tačiau 2017 metais mokslininkams pavyko stebėti kitą procesą – dviejų neutroninių žvaigždžių susijungimą. Rezultatas – vienas objektas ir daug šiukšlių. Dėl to iš šių fragmentų, susidedančių iš grynų neutronų, kyla „cunamis“. Tokio srauto tankis yra gana didelis - jis panašus į tankį vandens.
Į bet kurį šio srauto kelyje susitinkantį atomą „įstumiama“ daug neutronų. Tada jie skyla į protonus ir elektronus, ir dėl to gaunami sunkesni elementai. Pavyzdžiui, auksas.
Šiandien mokslininkai žino, kad dauguma sunkiųjų metalų mūsų visatoje susidarė tokiu būdu.
Anksčiau buvo galima sakyti: įsivaizduokite, vaikinai, štai jums auksiniai žiedai – visi jie gimė per supernovos sprogimą. O dabar aš jums pasakysiu štai ką: štai jums papuošalai – juose esantis auksas gimė susiliejus dviem neutroninėms žvaigždėms. Manau, kad tai labai šaunu.
Michailas Lisakovas
Taip pat skaitykite🧐
- 12 juokingiausių padirbinių apie kosmosą
- Biologas Michailas Nikitinas: kaip įrodyti, kad gyvybė Žemėje atsirado savaime
- Ar tiesa, kad Visata per sudėtinga ir ją tyrinėti nenaudinga: astrofizikas griauna populiarius mitus