Elektroninis dienynas
2022 m. spalio mėn.
Pr A T K Pn Š S
« Geg    
  1 2
3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 21 22 23
24 25 26 27 28 29 30
31  

Teisingiau būtų klausti ne kaip atsirado, o kaip atsiranda žvaigždės, juk žvaigždžių susidaro ir šiandien.

Žvaigždžių susidarymo teorija

Čia supažindinsime skaitytojus su viena iš jų su ta, kurią astronomai dabar laiko patikimiausia. žinoma, mes negalime patvirtinti savo žodžių betarpiškų stebėjimų duomenimis, tačiau galime daryti tokias išvadas netiesiogiai, remdamiesi kai kuriomis žvaigždžių atsiradimo teorijomis.

Žvaigždžių asociacijos

Šią teoriją pateikė tarybinis astronomas V. Kadangi asociacijos yra padrikos žvaigždžių grupės, tai neginčijamai įrodo, kad jos jaunos. Mat, žvaigždės elgiasi tartum skysčio molekulės, patekusios į kokį nors kitą skystį.

Taigi kiekviena išsisklaidžiusi žvaigždžių grupė, apsupta kitų žvaigždžių, turi greitai jose „ištirpti”, nes tarpusavio traukos jėgos tarp žvaigždžių asociacijų yra mažesnės už jas supančių žvaigždžių traukos jėgas. Panašiai kaip fizikas apskaičiuoja vidutini laiką, kurį išsilaiko rašalo lašas vandenyje (laikas nuo rašalo įlašinimo momento ligi lašo visiško ištirpimo momento), taip ir astronomas apskaičiuoja asociacijos gyvenimo laiką. Vadinasi, žvaigždės, sudarančios asociacijas, be abejo, yra labai jaunos žvaigždės.

Iš to darome išvadą, kad žvaigždės atsiranda vienu metu grupėmis, po keliasdešimt, o, gal būt, ir po kelis šimtus. Kadangi jos susispiečia gan arti viena nuo kitos, gali atsirasti vadinamosios dvejetinės ir kartotinės žvaigždės. Naujai atsirandančios žvaigždės žymiai skiriasi viena nuo kitos, nes asociacijose sutinkame įvairaus šviesumo ir spalvos žvaigždžių.

Praėjus palyginti trumpam laikui keliems milijonams metų, - šios žvaigždės „ištirpsta” tarp sudarančių mūsų Galaktiką; asociacija išnyksta, jos nariai susimaišo su visomis kitomis žvaigždėmis. Tuo laikotarpiu žvaigždės, sudarančios asociacijas, tampa jau kūnais su pusiausvyra; jos virsta kažkuo panašiu į mūsų Saulę, ir tada jų evoliucija vyksta lėtai; šios žvaigždės išskiria nedaug medžiagos ir šviečia kiek silpniau, negu anksčiau.

Tokia padėtis trunka kelis, o gal ir kelias dešimtis milijardų metų, kol išsenka vandenilio arba kitų lengvųjų elementų - pagrindinių ‘žvaigždės „degalų” atsargos.

Tarpžvaigždinė medžiaga

Lieka neišspręstas klausimas, iš ko atsiranda asociacijos. Tenka spėti ir šis spėjimas labai pagrįstas, kad kūnas, iš kurio atsiranda asociacija, yra tarpžvaigždinė medžiaga.

Tarp kitko, tai įrodo ir ta aplinkybė, kad visas žinomas asociacijas paprastai gaubia didesnis arba mažesnis šviečiančios ar tamsios tarpžvaigždinės medžiagos kiekis. Asociacijas matome vien arti galaktinės Paukščių tako plokštumos, kur daugiausia telkiasi tarpžvaigždinė medžiaga, sudaranti didesnius ar mažesnius debesis, kuriuos galima aiškiai pamatyti kaip tamsias dėmes žvaigždėtame fone.

Tačiau mes nežinome, kaip iš tarpžvaigždinės medžiagos atsiranda žvaigždžių asociacijos, nors šia tema buvo keliamos įvairios daugiau ar mažiau pagrįstos hipotezės.

Žvaigždžių cheminių elementų susidarymas

Visi cheminiai elementai, išskyrus vandenilį, helį ir truputį ličio, susiformavo dėl žvaigždėse vykstančių procesų. Pagrindinis procesas yra termobranduolinė sintezė, sukurianti daugumą elementų, lengvesnių už geležį, ir pačią geležį.

Kai Visata buvo jaunesnė, joje buvo mažiau cheminių elementų, sunkesnių už helį - astronomai juos visus vadina „metalais“. Žvaigždės savo chemine sudėtimi atspindi dujas, iš kurių formavosi, taigi senesnės žvaigždės turi mažiau metalų, nei jaunesnės.

Žvaigždžių grupės

Žvaigždės formuojasi ne pavienės, o įvairaus dydžio grupėmis. Dalis grupių laikuo bėgant suyra, bet paprastai tai nutinka per dešimtis milijonų metų ir ilgiau.

Žvaigždžių masė

Normalių žvaigždžių skersmens yra tarp 0.3 ir 6 saulės skersmenų. Dauguma žvaigždžių yra vadinamosios normalės žvaigždės. Daugumo žvaigždžių masės yra tarp 0.5 ir 2 saulės masių.

Bet yra ir mažesnių žvaigždžių, pvz. 02 Eridani C masė tesudarė tik 0.2 saulės masės. Supermilžinai, kaip Antares, yra 30 kartų masingesnės negu saulė.

Pagal O. Struve, žvaigždžių amžius priklauso nuo jų masės ir šviesumo, masingesnės žvaigždės yra šviesesnės ir jų amžius yra trumpesnis.

Žvaigždžių tipai

Žvaigždės milžinai turi kiek žemesnes temperatūras. Hertzsprung-Russell diagramos viršuje yra žvaigždės milžinai, pagal įstrižainę iš viršutinio kairio į apatinį dešinį kampą eina normalių žvaigždžių seka, o apačioje yra nykštukai. Daugumas žvaigždžių yra normalių žvaigždžių sekoje.

Baltieji nykštukai pasižymi nepaprastu masės sūdrumu; jų vidutinis sūdrumas yra 105, o kartais net 108 kartų didesnis negu vandens. Tai parodo, kad ten masė yra degereruota, tai yra visa medžiaga yra ionizuota dėka spaudimo, kurį sukelia gravitacijos jėga. Jų medžiaga yra kieto kūno formoje, bet nebe idealių dujų.

Šiose žvaigždėse nebėra arba beveik nebėra vandenilio, jų centre nebeveikia žinomos branduolinės reakcijos. Branduolinės reakcijos gali dar vykti jų paviršiuje ir tuo palaikyti šviesumą. Taip pat toki žvaigždė šviesumą gali pasakyti traukimusi.

Žvaigždžių sistemos

Dvilypės ir daugialypės žvaigždės yra tokios žvaigždžių sistemos, kurios sukasi apie bendrą masės centrą. Šio tipo žvaigždės yra gana gausios. Juo artimesnės poros žvaigždės, tuo greičiau sukasi.

Yra tokių artimų porų žvaigždžių, kad jų apsisukimo periodas yra tik kelios dienos arba net ir tik kelios valandos. Tolimų porų apsisukimai trunka metais. Daugumas dvilypių žvaigždžių, kurių komponentės yra arti ir yra to pat spektro tipo žvaigždės, galėjo atsirasti, skilus vienai žvaigždei į dvi.

Visatos plėtra ir žvaigždžių formavimosi sparta

Visatoje žvaigždės sparčiausiai formavosi prieš dešimt milijardų metų, o vėlesniais laikais - vis lėčiau. Tačiau pavienėms galaktikoms ši tendencija dažniausiai negalioja: kai kurios žvaigždes sparčiai formuoja ir šiandien, kitos sustojo labai seniai, trečios formavo žvaigždes žybsniais, ir taip toliau.

Neutroninės žvaigždės

Neutroninės žvaigždės gali egzistuoti todėl, kad objekto, 1,5-3 kartus masyvesnio už Saulę, gravitaciją gali atsverti neutronų slėgis. Šis slėgis nėra toks, kaip mums įprastas šiluminis slėgis; jį sukelia ne dalelių judėjimas, o kvantinės jų savybės, neleidžiančios dviems neutronams priartėti pernelyg arti vienam prie kito.

Žvaigždžių sandara

Žvaigždžių temperatūra, slėgis ir tankis didėja artėjant prie žvaigždės centro. Energija žvaigždės centrinėje dalyje generuojama vykstant termobranduolinėms reakcijoms.

P. W. Vidujinė žvaigždžių struktūra nusakoma sekančiais reikalavimais:

  1. Kiekviename žvaigždės taške yra pusiausvyra tarp gravitacijos jėgos, traukiančios masę į centrą, ir dujų ir radiacijos spaudimo, varančių tą masę į lauką.
  2. Žvaigždžių medžiaga klauso tobulų dujų dėsnio, būtent: P = c T D M-1, kur P yra spaudimas, T - temperatūra, D - sūdrumas, M - molekulinis svoris ir c - proporcingumo konstanta.
  3. Žvaigždės medžiaga priešinasi radiacijos prasiveržimui. Dėl tos priežasties apskaičiuojama, kad iš saulės centro radiacijai prasiveržti į paviršių reikia apie 50,000,000 metų. Tačiau energija išsiveržia į lauką tik radiacijos dėka, bet ne per medžiagos maišymąsi.

Saulė

Pirmiausia pravartu pakalbėti apie mūsų saulę, kaip artimiausią žvaigždę, nes ją mes geriau pažįstame, negu bet kurį kitą dangaus kūną.

Saulės atstumas nuo žemės yra 9.29 x 107 mylių. Sekanti arčiausia žvaigždė yra Alfa Centauri, jos nuotolis yra 2.4 x 1013 mylių. Kol šviesa ateina nuo saulės, trunka 8.5 minutės, gi šviesai ateiti nuo Alfa Centauri reikia 4.2 metų, arba jos atstumas ir yra vadinamas 4.2 šviesmečio. Tokiu būdu žvaigždžių atstumai nuo mūsų, palyginus su saulės nuotoliu, yra labai dideli.

Saulės masės vidutinis sūdrumas yra tik apie 1.4 didesnis už vandens. Gravitacijos trauka yra apie 27.9 kart didesnė jos paviršiuj negu žemės paviršiuj. Jos skersmuo yra 864,-000 mylių. Jos tūris yra 3.37 X 1017 kubinių mylių; arba 1.3 x 106 kartų didesnis negu žemės tūris.

Saulė sukasi apie savo ašį ne kaip kietas kūnas, nes ties ekvatoriumi sukasi greičiausiai, o einant artyn prie polių, sukimasis lėtėja.

Saulės centro temperatūra siekia 20x106K (absoliutinės temperatūros, kuri matuojama Celsijaus laipsniais nuo absoliutinio nul:o). Jos fo-tosferos temperatūra yra 6000K, jos chromosferos temperatūra apie 20,000K, gi jos vainiko (išlaukinės labai retos atmosferos) temperatūra siekia 108K.

Pagal spektrą saulė priklauso prie dG2 grupės žvaigždžių. Jos regimas šviesumas yra didelis, kadangi ji yra labai arti mūsų, bet jos absoliutinis šviesumas yra tik 4.8 magnitudos. Jei ji būtų 32.6 šviesmečių atstume, ji būtų tik truputį šviesesnė už vos tik motomą plika akimi žvaigždę.

Saulė išspinduliuoja apie 5x1023 arklio jėgų energijos kas sekundę. Jos energija yra pagaminama branduolinių reakcijų, verčiant vandenilį į helių. Prie augštos temperatūros saulės medžiaga yra daugiausia suskilusi į atomus. Tačiau chromosferoje yra randamos ir kai kurios molekulės ar radikalai.

Spektroskopais iki šiol susekta buvimas 68 elementų ir 20 tipų molekulių saulės atmosferoje. Saulės atmosferos sudėtis procentais yra sekanti: 81.7% vandenilio, 18% heliaus, 0.03% deguonio, 0.02% magnezijaus, 0.01% azoto, 0.003% anglies, 0.003% sieros, 0.006 silikono ir 0.04% sudaro visi likusieji elementai. Taigi didžiumą atmosferos sudaro vandenilis.

Saulės amžius yra 5x109 metų. Prie dabartinės energijos gamybos ji galėtų išgyventi iki 4x1011 metų.

Saulės sandara

Detaliausiai ištirta Saulė. Jos išorinius sluoksnius sudaro: vandenilis - 74,7 %, helis - 23,7 %, visi kiti elementai - tik 1,6 %. Iš sunkesnių už helį elementų daugiausia yra deguonies, anglies, azoto, neono, magnio, silicio ir geležies. Daugelio kitų žvaigždžių išorinių sluoksnių cheminė sudėtis irgi panaši į Saulės.

Saulės centre yra šerdis, kurioje temperatūra siekia 15 mln. Celsijaus laipsnių. Čia vyksta branduolinės reakcijos, kurių metu vandenilis virsta heliu, išskirdamas milžinišką kiekį energijos. Dėl to helio kiekis Saulės centrinėje dalyje didėja, o vandenilio - mažėja (kas sekundę sumažėja 564 milijonais tonų). Šis procesas vyksta jau beveik 6 milijardus metų, tačiau iki šiol išeikvota tik menka dalis Saulės vandenilio. Jo dar turėtų užtekti maždaug 5 milijardams metų.

Žemė gauna tik vieną dvimilijardąją dalį Saulės išspinduliuotos energijos. Saulės gelmėse atsiradęs energijos srautas perduodamas į tolesnius sluoksnius. Vienas iš jų, supantis Saulės šerdį, yra spinduliavimo sluoksnis. Juo energija pernešama į išorę spinduliais. Virš to sluoksnio yra konvekcijos sluoksnis.

Tuoj virš konvekcijos sluoksnio prasideda Saulės atmosfera. Ją sudaro fotosfera, chromosfera ir Saulės vainikas.

Pro teleskopą fotosferoje galima įžiūrėti ryškius "grūdelius" - karštas granules, kurias vieną nuo kitos skiria vėsesni tarpai (dėl to, kad jų temperatūra yra žemesnė, jie atrodo tamsesni). Kartkartėmis tie tamsūs tarpai ima didėti - susidaro tamsios dėmės, kurių temperatūra apie 1500 oC žemesnė negu gretimų fotosferos sričių.

Saulės dėmių skersmuo siekia nuo 700 km iki 15 000 km, kartais ir daugiau. Kas 11 metų dėmių ypač padaugėja. Chromosferą sudarančios dujos yra daug retesnės negu fotosferoje, tačiau jų temperatūra gerokai aukštesnė. Virš chromosferos Saulės dujų temperatūra pakyla iki 106-2·106 oC ir toliau beveik nekinta. Šis išretėjęs ir karštas apvalkalas vadinamas Saulės vainiku.

Neramus Saulės paviršius veikia viršutinius Žemės atmosferos sluoksnius: sustiprėja Žemės elektrinis laukas, pakinta jos magnetinis laukas.

Tarpžvaigždinė medžiaga

Nemažas kiekis medžiagos yra išsisklaidęs po visą galaktiką. Vietomis jos sūdrumas yra nepaprastai mažas, jis yra daug mažesnis negu bet kokia žemėj atsiekiama tuštuma, tėra tik 0.5X10-18 uncijos kubiniame colyje.

Mūsų galaktikos ir kitų galaktikų centre jos yra dar mažiau. Galaktikų spiralėse jos yra daugiau ir jos pasiskirstymas nėra taisyklingas. Vietomis ta medžiaga daugiau susikoncentravus į tamsius ūkus. o kai kuriose vietose net į šviesius.

Daugumas šių debesų juda vienodu greičiu su vietiniu galaktikos sukimosi greičiu. Taip pat tie debesys turi savo vietinius sūkurius ir sukimąsi 3D1-e savo masės centrą. Šios medžiagos sudėtyje randama daugiausia vandenilio, kalciaus, geležies, kaliaus, natrijaus, deguonio ir kai kurių kitų atomų ir molekulių.

Temperatūra siekia 50 iki 100 K. Pastebėta, kad šitoji medžiaga poliarizuoja šviesą.

1936 m. H. Bethe ir C. F. von Weizsaecker išaiškino saulės energijos gamybą. Jie nustatė, kad ten vyksta vadinamasis anglies ciklas. Vėliau tas jų atradimas labai daug prisidėjo prie atominės energijos produkcijos žemėje.

Kai tarpžvaigždinės medžiagos ūko centras pasiekia apie 20X106 K temperatūrą, tada prasideda anglies ciklas. Jeigu žvaigždė besitraukdama nepasiekia 15X106 K temperatūros, tada prasideda proton-proton reakcija.

Žvaigždžių evoliucija

Žvaigždžių evoliucijos pobūdį ir greitį lemia žvaigždės pradinė masė bei cheminė sudėtis. Žvaigždžių evoliucija prasideda šaltuose (temperatūra apie 20 K) tankiuose (tankis apie 10-17 kg/m3) tarpžvaigždiniuose debesyse, kai gravitacijos jėgos veikiamas debesis (arba jo dalis) pradeda trauktis (tarpžvaigždinio debesies kolapsas).

Kolapsas prasideda, jei debesies masė viršija kritinę masę (jei nėra magnetinių laukų, išorinių jėgų poveikio, difuzinių tarpžvaigždinių debesų atveju kritinė masė būna apie 103 M⨀, didžiausių molekulinių debesų centrinėje dalyje - apie 10 M⨀; M⨀ - Saulės masė). Debesies traukimąsi gali sukelti supernovos, tankio bangos ir kita.

Kolapsuojant didesnės masės debesiui kiek vėliau įvyksta jo fragmentacija ir debesis susiskaido į mažesnės masės kolapsuojančius objektus, kurie pamažu virsta prožvaigždėmis. Prožvaigždės formavimasis priklauso nuo debesies masės, jo sukimosi greičio, magnetinio lauko stiprio debesyje bei kitų savybių ir gali trukti 105-106 metų.

Prožvaigždes supa tankus dujų ir dulkių apvalkalas, jos matomos kaip kompaktiški objektai tankiuose molekuliniuose debesyse (Boko globulės), spinduliuojantys infraraudonąją spinduliuotę. Prožvaigždės energijos pagrindinis šaltinis yra gravitacijos energijos virsmas šiluma. Susiformavusi prožvaigždė traukiasi toliau, aplink ją susidaro akrecinis diskas, o jos centre tankis, slėgis ir temperatūra pamažu didėja tol, kol centrinėje dalyje pradeda vykti branduolinės reakcijos.

Vykstant žvaigždžių evoliucijai žvaigždės raidos etapą ir fizinę būseną nusako žvaigždės padėtis Hertzsprungo ir Russello diagramoje (HR diagramoje); šiuo raidos etapu HR diagramoje žvaigždė pradžioje juda beveik vertikaliai žemyn, išilgai Hayashi sekos, kiek vėliau pasuka kairėn ir aukštyn, kol pasiekia pagrindinę seką. Didesnės masės (apie 25 M⨀) žvaigždėms šis etapas trunka apie 0,07 mln. metų, mažesnės masės (apie 0,7 M⨀) - apie 100 mln. metų.

Pagrindinėje sekoje žvaigždės energijos šaltinis yra termobranduolinių reakcijų metu išskiriama šiluma (vandenilio virsmo heliu reakcija - pp ciklas ir vandenilio virsmo heliu reakcija dalyvaujant tarpiniams anglies, azoto ir deguonies atomų branduoliams - CNO ciklas; pirmasis dominuoja žvaigždėse, kurių masė mažesnė nei 1,4 M⨀, antrasis - kurių masė didesnė nei 1,4 M⨀).

Žvaigždžių evoliucijos pagrindinėje sekoje - ilgiausias žvaigždžių raidos etapas, priklausantis nuo žvaigždžių masės ir trunkantis nuo apie 6 mln. metų (apie 25 M⨀ masės žvaigždžių) iki apie 10 mlrd. metų (apie 1 M⨀ masės žvaigždžių). Žvaigždės raidą po pagrindinės sekos daugiausia lemia jos masė.

Pasibaigus branduolinėms reakcijoms žvaigždės centre mažesnės masės (mažesnė nei 8 M⨀) žvaigždės evoliucionuoja submilžinių sekoje (HR diagramoje beveik horizontaliai iš kairės į dešinę), vėliau - raudonųjų milžinių sekoje (HR diagramoje - beveik vertikaliai į viršų).

Šiuose žvaigždžių evoliucijos etapuose vandenilio virsmo heliu reakcijos vyksta žiede aplink žvaigždės branduolį, sudarytą praktiškai vien iš helio. Submilžinių ir raudonųjų milžinių sekose žvaigždės išorinė dalis labai išsiplečia, tuo tarpu centrinė dalis pamažu traukiasi, didėja jos tankis ir temperatūra.

Arti raudonųjų milžinių sekos viršūnės, kai temperatūra žvaigždės centre pasiekia apie 108 K, o tankis apie 107 kg/m3, centrinėje dalyje prasideda helio virsmo anglimi branduolinės reakcijos (3α reakcija). Žvaigždės centrinė dalis kiek išsiplečia, išorinė dalis susitraukia ir žvaigždė atsiduria horizontaliojoje sekoje (HR diagramoje - kairėje ir žemiau raudonųjų milžinių sekos viršūnės).

Šiame žvaigždžių evoliucijos etape žvaigždės centre vyksta 3α reakcijos, formuojasi žvaigždės branduolys, sudarytas iš anglies ir deguonies, o žiede aplink jį vyksta vandenilio virsmo heliu reakcijos. Sumažėjus helio koncentracijai 3α reakcijos žvaigždės centre sustoja, tačiau jos toliau vyksta žiede, gaubiančiame žvaigždės branduolį.

Žvaigždės centrinei daliai pamažu traukiantis, o išorinei - plečiantis, žvaigždė pasiekia asimptotinę milžinių seką (HR diagramoje judėdama aukštyn ir dešinėn). Asimptotinėje milžinių sekoje HR diagramoje žvaigždė juda beveik vertikaliai aukštyn, energija generuojama arba vykstant 3α reakcijoms (ankstyvoji asimptotinė seka), arba pakaitomis vykstant vandenilio virsmo heliu ir 3α reakcijoms (termiškai pulsuojanti asimptotinė seka); visais atvejais branduolinės reakcijos vyksta žiedo pavidalo sluoksniuose.

Pamažu didėjant terminių pulsacijų amplitudei viršutinėje asimptotinės sekos dalyje išoriniai žvaigždės sluoksniai žvaigždžių vėjo pavidalu palieka žvaigždę suformuodami planetinį ūką, kuris pamažu plėsdamasis išsisklaido tarpžvaigždinėje erdvėje; centrinė žvaigždės dalis virsta baltąja nykštuke.

Didelės masės (didenė nei 8 M⨀) žvaigždės po pagrindinės sekos virsta raudonosiomis supermilžinėmis, kuriose vandenilio virsmo heliu reakcijos vyksta žiede, gaubiančiame žvaigždės branduolį, sudarytą praktiškai vien iš helio. Vėliau, žvaigždės branduoliui traukiantis ir didėjant jo temperatūrai bei tankiui, žvaigždės centre pradeda vykti 3α reakcijos, o žiede aplink branduolį - vandenilio virsmo heliu reakcijos.

Sumažėjus helio koncentracijai ir pasibaigus 3α reakcijoms didelės masės žvaigždės branduolyje žvaigždės centrinė dalis vėl pradeda trauktis, temperatūra ir tankis vėl didėja tol, kol prasideda anglies virsmo kitais elementais reakcijos. Kuo didesnė žvaigždės masė, tuo aukštesnė temperatūra jos centre, todėl ypač didelės masės žvaigždėse vėliau dar gali vykti ir deguonies, neono bei silicio virsmų kitais elementais reakcijos. Be to, vienu metu jose gali vykti keli reakcijų ciklai: vienas - žvaigždės branduolyje, kiti - sferiniuose sluoksniuose.

Kiekvienas iš šių žvaigždės branduolyje vykstančių ciklų trunka vis trumpiau (pvz., 15 M⨀ masės žvaigždėje vandenilio virsmo heliu reakcijos vyksta apie 10 mln. metų, helio virsmo anglimi - apie 2 mln. metų, anglies virsmo neonu ir magniu - apie 2000 metų, deguonies virsmo siliciu, argonu, siera, kalciu - apie 2,6 metus, silicio virsmo geležimi, neonu, titanu - apie 18 d).

žymės: #Gime

Panašus: