Галактики

Раздел астрономии, изучающий происхождение и развитие космических тел и их систем - галактик, звезд, звездно-планетных систем получил название – космогония.

Галактиками называют скопления звезд в узлах ячеистой структуры, объединенные в одну систему гравитационными взаимодействиями. По современным представлениям однородная прозрачная Вселенная просуществовала недолго. Уже через небольшой промежуток времени стали возникать флуктуации плотности материи и области, где образовались уплотнения и газо-пылевые туманности – предшественники протогалактик. Под действием сил гравитационного притяжения уплотнения увеличивались и начинали отставать от общего темпа расширения Вселенной. Некоторые уплотнения стали вращаться и с течением времени образовали дискообразные и спиральные галактики. Другие стали эллиптическими или вообще бесформенными (туманность Конская голова в созвездии Ориона, Большое и Малое Магеллановы облака и др.). Пространство между галактиками заполнено разреженным межгалактическим газом. Его пронизывают космические лучи, гравитационные и электромагнитные поля

Наша Галактика - Млечный Путь представляет спиралеобразное образование, сбоку напоминающее диск. Диаметр этого диска - 3*10⁴ парсек. Пространство между ее спиральными рукавами заполнено пылью, газом, излучениями, которые составляют около 1% от массы Галактики. Галактика вращается вокруг своего оси с переменной угловой скоростью. В центре Галактики и ее спиральных рукавах интенсивно идут процессы звездообразования, достаточно часто отмечаются вспышки сверхновых звезд. В ее состав входит около триллиона звезд.

Ближайшая к нам галактика – Туманность Андромеды (удалена на 2,5 млн световых лет).

Звезды и звездно-планетные системы

Протогалактики также были неоднородны, в них существовали (и существуют) уплотнения - сгущения пылевых облаков, диффузные туманности, в которых концентрация материи более высока, чем в соседних областях. По мнению большинства астрономов, в результате сгущения облаков и туманностей под действием сил гравитации в них возникают уплотнения - зарождаются протозвезды.Со временем материя протозвезд еще более уплотняется и разогревается так сильно, что начинаются реакции термоядерного синтеза с выделением большого количества тепла. С ростом температуры внутри уплотнений давление возрастает и начинает уравновешивать давление сил гравитации. Протозвезды превращаются в шаровые образования – звезды.

Среди множества звезд выделяют стационарные и нестационарные (переменные). При систематизации стационарных звезд выделено семь основных спектральных классов,

O – B – A – F – G – K – M,

отличающихся по цвету, мощности излучения (светимости) и имеющих разные спектры.

O – самые горячие звезды, их цвет близок к голубому, их температура достигает 10 - 100 тысяч К.

М – холодные красные, их температура около 3000 К.

Солнце относится к классу G - желтый карлик, температура его поверхности около 6000 К.

Все звезды имеют сходный состав: основные элементы – водород и гелий и лишь небольшие количества других элементов – продуктов термоядерного синтеза. Разнообразие их спектров зависит от температуры, давления и плотности газа фотосферы, наличия магнитного поля, химического состава.

Атмосфера горячих звезд имеет плазменную природу. В атмосфере холодных звезд в небольших количествах обнаружены и нейтральные атомы, и простейшие молекулы (С, CN, TiO, ZrO и др.)

По размерам выделяют сверхгиганты и гиганты – радиусы, которых в 750 - 1000 раз превышают радиус Солнца. Но есть и карлики, размеры которых много меньше размеров Солнца. Звезды различаются по плотности вещества. У гигантов и сверхгигантов, находящихся в состоянии разреженной плазмы, плотность мала – 0, 001 кг/ куб м. Горячие белые карлики состоят из плотно упакованных ядер атомов. Их плотность доходит до 10 000 000 000 кг/ куб м. Самые массивные звезды лишь в десятки раз превосходят массу Солнца.

Разные типы звезд эволюционируют по разному. Первый этап развития у всех звезд практически одинаков: от неоднородностей галактики - к протозвездам и далее к стационарным звездам.

Когда температура в недрах протозвезды достигает ~10⁶К, ее сжатие прекращается. Стадию сжатия, которая у разных образований может продолжаться от сотен тысяч до сотен миллионов лет, сменяет стационарная стадия, в которой звезда находится большую часть времени жизни.

В начале стационарной стадии в ее атмосфере преобладают водород (75%), гелий (20%), небольшое количество более тяжелых элементов (около 30 наименований), некоторые простые молекулы. Под воздействием огромных давлений и температур в недрах звезд происходят термоядерные реакции, результатом которых является превращение водорода в дейтерий, затем в гелий с выделением огромных энергий и большого количества элементарных частиц. Когда весь водород в центральной части звезды выгорит, образуется гелиевое ядро. Оно постепенно сжимается и разогревается. Когда температура внутри ядра повысится до ~2*10⁷ К, происходит превращение гелия в углерод с последующим преобразованием в более тяжелые элементы.

Заключительный этап жизни звезды зависит от ее массы. Внешние слои звезд, соизмеримых с нашим Солнцем, постепенно расширяясь, покидают ядро звезды. Это ядро и становится «белым карликом» - маленькой раскаленной звездой. В метагалактике насчитывается огромное количество «белых карликов». Постепенно остывая, «белый карлик» превращается в потухшую звезду. Некоторые звезды раздуваются, их светимость возрастает, и на короткое время они превращаются в красного гиганта или сверхгиганта. В конце своего существования он со взрывом сбрасывает свою оболочку вместе с накопившимися в нем продуктами нуклеосинтеза в результате чего межзвездная среда обретает все известные на сегодняшний день химические элементы.

Иначе ведут себя более массивные звезды. После исчерпания ядерного горючего они теряют механическую устойчивость и начинают быстро сжиматься, переходя в стадию гравитационного коллапса (лат. collapsus - упавший; состояние, угрожающее устойчивости системы). Если растущее внутреннее давление останавливает коллапс, то центральная область звезды становится сверхплотной нейтронной звездой с радиусом в несколько километров. Это явление может сопровождаться сбросом оболочки и наблюдаться как вспышка сверхновой звезды. Взрывы сверхновых обогащают межзвездную среду тяжелыми химическими элементами. Есть предположение, что во время взрыва сверхновых образуются все элементы периодической системы. Если же в результате гравитационного коллапса радиус звезды окажется меньше радиуса Шварцшильда, она неминуемо превращается в «черную дыру».

«Черная дыра» создает вокруг себя гравитационное поле гигантской силы. Ее огромное тяготение не выпускает за пределы звезды никакое излучение, поэтому никакие приборы не могут ее зафиксировать. Тем не менее «черные дыры» обнаруживаются. Имея громадное тяготение, «черная дыра», возможно, притягивает другие звезды либо находится в составе двойной звезды. Раскаленный газ с поверхности обычной звезды непрерывно падает на «черную дыру», образуя вокруг нее вращающийся газовый диск с температурой ~10⁷К. При такой температуре материя излучает в рентгеновском диапазоне. Если такой источник к тому же обладает большой массой, он является претендентом на «черную дыру».

Конечно, приведенные здесь рассуждения всего лишь иллюстрируют модельные представления современной науки. Но однозначно то, что в процессе самоорганизации и эволюции Вселенной звезды рождаются, живут и умирают, подчиняясь фундаментальным законам природы. И этот процесс непрерывен и бесконечен.