«Ο ήλιος θα αφήσει ένα διαμάντι στο μέγεθος της Γης». Ο αστρονόμος Mikhail Lisakov - για την εξέλιξη των αστεριών

Υπάρχουν πολλοί μύθοι που συναντούν συχνά οι αστρονόμοι. Για παράδειγμα, πολλοί είναι σίγουροι ότι ο Δίας μπορεί κάποια μέρα να μετατραπεί σε αστέρι. Και κάθε αστέρι θα εκραγεί στο τέλος της ζωής του.

Ο φυσικός και αστρονόμος Μιχαήλ Λισάκοφ είπε στο φόρουμ "Επιστήμονες εναντίον Μύθων", ποια διαδρομή ζωής περνάει κάθε αστέρι. Διευκρίνισε επίσης τι θα συμβεί στον Ήλιο μας στο τέλος της εξέλιξης και εξήγησε γιατί ο χρυσός είναι ένα κοσμικό μέταλλο. Αυτό το φόρουμ φιλοξενείται απόANTROPOGENESIS.RU"- δημοσίευσαν ένα βίντεο στο δικό τους Κανάλι YouTube. Και ο Lifehacker συνόψισε τη διάλεξη.

Ποιο ουράνιο σώμα μπορεί να θεωρηθεί αστέρι

Υπάρχει μια επιπόλαιη διατύπωση: ένα αστέρι είναι ένα αντικείμενο από το οποίο βλέπουμε ακτίνες.

Στην πραγματικότητα, αυτό δεν είναι πραγματικά ένα αστείο. Αν κοιτάξουμε φωτογραφίες του διαστήματος που τραβήχτηκαν με τηλεσκόπια, θα δούμε θολά σύννεφα και φωτεινές κουκκίδες. Οι μικρές κηλίδες ομίχλης είναι γαλαξίες. Τα φωτεινά σημεία με πολλές ακτίνες είναι αστέρια.

Το οπτικό σύστημα ενός σύγχρονου τηλεσκοπίου είναι σχεδιασμένο με τέτοιο τρόπο ώστε όταν το φως διαθλάται σε μια φωτογραφία, οι ακτίνες στην πραγματικότητα εμφανίζονται στα αστέρια. Αλλά στους αρχαίους χάρτες του ουρανού, όταν δεν υπήρχαν τέτοια τηλεσκόπια, οι άνθρωποι απεικόνιζαν αστέρια με τον ίδιο τρόπο.

Για να καταλάβουν ποιο είναι το μυστικό, οι επιστήμονες πραγματοποίησαν μια μικρή μελέτη. Έλαμπαν στα μάτια των ανθρώπων με μια μικρή αλλά φωτεινή πηγή και τράβηξαν φωτογραφίες αμφιβληστροειδής χιτώνας. Αποδείχθηκε ότι όλα τα θέματα στον αμφιβληστροειδή παρήγαγαν πολύ παρόμοιες εικόνες. Δηλαδή ένα καθαρό κέντρο και ένα σύννεφο λεπτών γραμμών που τέμνονται σε αυτό το σημείο. Έτσι είναι σωστό: τα αστέρια είναι φωτεινά ουράνια σώματα που έχουν ακτίνες.

Και τώρα σοβαρά. Για να καταλάβουμε πώς ένα αστέρι διαφέρει από τον άλλο χώρο αντικείμεναΑς ρίξουμε μια ματιά στο κέντρο του. Υπάρχει ένας πυρήνας στον οποίο μια θερμοπυρηνική αντίδραση συνεχίζεται συνεχώς. Ως αποτέλεσμα, τα ελαφριά στοιχεία μετατρέπονται σε βαρύτερα και η ενέργεια απελευθερώνεται λόγω αυτής της μετάβασης. Μεταφέρεται στα εξωτερικά στρώματα του αστεριού. Για παράδειγμα, με την ανάμειξη μεγάλων μαζών ύλης. Αυτή η διαδικασία μοιάζει βρασμός νερό σε μια κατσαρόλα. Έτσι βλέπουμε την επιφάνεια του Ήλιου μας.

Μια συνεχής θερμοπυρηνική αντίδραση είναι το κύριο χαρακτηριστικό γνώρισμα ενός αστέρα.

Για μια τέτοια σύντηξη, είναι απαραίτητο να φέρουμε θετικά φορτισμένα σωματίδια, πρωτόνια, πολύ κοντά μεταξύ τους. Για να υποστηριχθεί αυτή η διαδικασία, χρειάζονται πολύ υψηλή θερμοκρασία και πίεση. Και ως αποτέλεσμα της αντίδρασης, ένα άτομο ηλίου λαμβάνεται από δύο άτομα υδρογόνου ή τέσσερα πρωτόνια.

Αλλά είναι γνωστό ότι τέσσερα πρωτόνια ζυγίζουν περισσότερο από αυτό το άτομο. Επομένως, πρέπει να καταλάβετε πού πηγαίνει η διαφορά.

Εάν συγκρουστούν τρία άτομα ηλίου, τότε σχηματίζεται άτομο άνθρακα ως αποτέλεσμα της θερμοπυρηνικής σύντηξης. Αλλά αυτό απαιτεί ακόμη υψηλότερη θερμοκρασία. Ωστόσο, η διαδικασία δεν σταματά ούτε στον άνθρακα. Τότε αρχίζει να συντίθεται το οξυγόνο και μετά το μαγνήσιο. Και ούτω καθεξής μέχρι το σίδερο. Η σύνθεση βαρύτερων στοιχείων στον πυρήνα ενός άστρου δεν υποστηρίζεται πλέον αυθόρμητα. Χρειάζεται επιπλέον ενέργεια από έξω.

Υπάρχει ένας μύθος ότι και ο Δίας έπρεπε να γίνει αστέρι, όπως Ήλιος, αλλά κάτι δεν πήγε καλά. Αυτό είναι μύθος, γιατί η μάζα αυτού του πλανήτη δεν είναι αρκετή για να υποστηρίξει μια συνεχή θερμοπυρηνική αντίδραση. Η θερμοκρασία και η πίεση δεν θα είναι αρκετά υψηλές. Επομένως, ο Δίας μπορεί να γίνει αστέρι μόνο υπό μία προϋπόθεση: θα αυξήσει τη μάζα του κατά περίπου 15 φορές. Αυτό όμως είναι αδύνατο.

Πώς είναι τα αστέρια;

Αν κοιτάξετε τον νυχτερινό ουρανό μια καθαρή μέρα, μπορείτε να δείτε διαφορετικούς τύπους αστεριών:

• Φωτεινό ή αμυδρό. Παλαιότερα πίστευαν ότι όσο λιγότερο ορατό αστέρια είναι λίγο πιο μακριά από εμάς. Αλλά στη συνέχεια οι αστρονόμοι έμαθαν να μετρούν τις αποστάσεις από τα διαστημικά αντικείμενα. Και ανακάλυψαν ότι η φωτεινότητα των φωτιστικών δεν εξαρτάται από την απόστασή τους, αλλά από τη δύναμή τους. Για ορισμένα αστέρια, αυτή η παράμετρος είναι πράγματι μεγαλύτερη από ό, τι για άλλα.
• Πολύχρωμο - μπλε, κίτρινο, κοκκινωπό, λευκό. Οι διαφορετικές αποχρώσεις των αστεριών επίσης δεν αποτελούν ψευδαίσθηση. Κάθε ένα από αυτά έχει τη δική του θερμοκρασία ακτινοβολίας.

Οι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει ένα γράφημα όπου ο οριζόντιος άξονας είναι η θερμοκρασία του αστεριού ή το χρώμα του. Ο κατακόρυφος άξονας είναι η φωτεινότητα, ο κορεσμός του φωτός. Στη συνέχεια βάζουμε όλα τα γνωστά αστέρια σε αυτό το γράφημα. Και είδαν ότι τα περισσότερα από αυτά βρίσκονταν διαγώνια - από τους πιο ισχυρούς και καυτούς μπλε γίγαντες μέχρι τους μικρούς κόκκινους νάνους. Αυτή η διαγώνιος ονομάστηκε Κύρια Ακολουθία.

Ογκώδη και φωτεινά, πιο καυτά αστέρια βρίσκονται στο μπλε μέρος του φάσματος. Είναι πολύ λίγοι από αυτούς και ζουν σχετικά μικρό χρονικό διάστημα. Αλλά στην αριστερή, κόκκινη περιοχή του φάσματος, βλέπουμε πολύ περισσότερα αστέρια. Η μάζα τους είναι πολύ μικρότερη, είναι πιο κρύα και γυαλίζουν αδύναμα. Αλλά η διάρκεια ζωής τους είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή των μπλε γιγάντων. Ο ήλιος είναι πιο κοντά στη μέση - στην κίτρινη περιοχή του φάσματος.

Υπάρχουν όμως μερικές ακόμη περιοχές στο γράφημα. Εξετάστε αυτά που βρίσκονται πάνω από την Κύρια Ακολουθία. Τα αστέρια φτάνουν εκεί, στα οποία, στη διαδικασία της θερμοπυρηνικής σύντηξης, όλο το υδρογόνο έχει τελειώσει, δηλαδή καεί. Αποδεικνύεται ένα είδος «γηροκομείου» για τα αστέρια - ένα μέρος όπου οι φωτιστές πέφτουν στο ηλιοβασίλεμα της ζωής τους. Η αντίδραση σύντηξης συνεχίζεται ακόμα σε αυτά και τα ελαφρύτερα στοιχεία συνεχίζουν να μετατρέπονται σε βαριά.

Αλλά υπάρχει μια άλλη αρκετά αξιοσημείωτη περιοχή από αστρικά σμήνη - κάτω από την Κύρια Ακολουθία. Οι αστρονόμοι το αποκαλούν «νεκροταφείο».

Πώς συμβαίνει η αστρική εξέλιξη;

Τώρα ας μιλήσουμε με περισσότερες λεπτομέρειες για τα γεγονότα που συμβαίνουν σε μια μακρά αστρική ζωή.

Οι αστρονόμοι ονομάζουν όλες τις αλλαγές στην κατάσταση των άστρων αστρική εξέλιξη. Δεν έχει σχεδόν τίποτα κοινό μαζί της βιολογική εξέλιξη. Η μόνη σύμπτωση είναι ότι και οι δύο διαδικασίες συνεχίζονται για εκατομμύρια και δισεκατομμύρια χρόνια.

Η αστρική εξέλιξη είναι ένας πλήρης κύκλος ζωής κάθε φωτιστικού. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, το αστέρι αλλάζει πέρα ​​από την αναγνώριση. Αλλά τι είδους αλλαγές την περιμένουν εξαρτάται από τη μάζα. Είναι δυνατό να χωριστούν υπό όρους τα διαστημικά αντικείμενα σε τρεις ομάδες.

1. Αστέρια με μικρή μάζα

Για παράδειγμα, το Proxima Centauri. Γεννιούνται σε ένα σύννεφο αερίων-σκόνης και γίνονται κόκκινοι νάνοι. Και μετά ζουν για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα σε αμετάβλητη κατάσταση, μέχρι να τελειώσει το υδρογόνο. Μια τέτοια μοίρα περιμένει ένα αστέρι αν η μάζα του είναι περίπου 10 φορές μικρότερη από τον ήλιο.

2. Αστέρια συγκρίσιμα σε μέγεθος με τον Ήλιο

Αυτά είναι βαρύτερα και πιο ενδιαφέροντα αντικείμενα. Η μάζα τους είναι αρκετή για να ξεκινήσει το επόμενο στάδιο, η σύνθεση άνθρακα από ήλιο, στον πυρήνα μετά την καύση του υδρογόνου. Ως αποτέλεσμα, διογκώνονται στο μέγεθος ενός κόκκινου γίγαντα. Για παράδειγμα, ο Ήλιος, ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, θα αυξηθεί έτσι ώστε να καταπιεί τον Ερμή και την Αφροδίτη. Και τότε θα φτάσει σχεδόν στην τροχιά της Γης. Αυτό θα συμβεί σε περίπου πέντε δισεκατομμύρια χρόνια. Θα είναι υπέροχο αν οι άνθρωποι βρουν τρόπο μέχρι τότε. να είσαι μακριά από το φως μας.

Τότε ένα τέτοιο αστέρι ρίχνει ένα κέλυφος, το οποίο μετατρέπεται σε πλανητικό νεφέλωμα. Στο κέντρο παραμένει ένα λαμπρό σημείο - ο πρώην πυρήνας. Και το φωτιστικό μεταβαίνει υπό όρους στο νεκροταφείο.

3. τεράστια αστέρια

Η μάζα τους είναι πάνω από 10 φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο. Ζουν γρήγορα και στο τέλος μετατρέπονται σε ένα από τα δύο μαύρη τρύπαή σε ένα αστέρι νετρονίων. Θα μιλήσουμε με περισσότερες λεπτομέρειες για το πώς συμβαίνει η εξέλιξη των τεράστιων φωτιστικών.

Πώς εμφανίζονται τα αστέρια νετρονίων και οι μαύρες τρύπες;

Σε πολύ βαριά αστέρια, η θερμοκρασία και η πίεση επιτρέπουν στη θερμοπυρηνική αντίδραση να συνεχιστεί μέχρι το στάδιο του σχηματισμού σιδήρου. Ως εκ τούτου, στη δομή τους, οι πυρήνες των γιγάντων μοιάζουν με κρεμμύδια. Στο κέντρο έχουν σίδηρο, μετά ένα στρώμα πυριτίου, οξυγόνο, νέον κ.ο.κ.

Όταν όλη η ύλη μετατρέπεται σε σίδηρο, ο κινητήρας σύντηξης σβήνει. Είναι ήδη ενεργειακά ασύμφορο για αυτόν να εργαστεί περαιτέρω. Επομένως, η ακτινοβολία του αστεριού σταματά. Αλλά βαρύτητα λείψανα.

Και τότε η βαρύτητα αναγκάζει όλα τα εξωτερικά στρώματα να καταρρεύσουν και να πετάξουν προς το κέντρο.

Τότε το αστέρι εκρήγνυται σαν σουπερνόβα. Αλλά υπάρχουν δύο επιλογές εδώ:

1. Οι κβαντικές δυνάμεις θα σταματήσουν τη διαδικασία κατάρρευσης. Η πυκνότητα της αστρικής ύλης που απομένει μετά την έκρηξη θα γίνει τόσο υψηλή που τα ηλεκτρόνια θα πιεστούν στα πρωτόνια και ως αποτέλεσμα θα σχηματίσουν ουδέτερα σωματίδια - νετρόνια. Λόγω των κβαντικών επιδράσεων, τα νετρόνια δεν θα επιτρέψουν στη βαρύτητα να συνεχίσει τη διαδικασία συμπίεσης. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα αστέρι νετρονίων - ένα αντικείμενο με εξαιρετικά υψηλή πυκνότητα ύλης.
2. Η βαρύτητα είναι ισχυρότερη από τις κβαντικές δυνάμεις. Στη συνέχεια η διαδικασία της κατάρρευσης συνεχίζεται μέχρι το αντικείμενο να μετατραπεί σε μαύρη τρύπα.

Υπάρχει ένας μύθος ότι οι μαύρες τρύπες θα απορροφήσουν σταδιακά όλη την ύλη σύμπαν. Αλλά δεν είναι.

Συμβαίνει τα αστέρια να γεννιούνται και να ζουν σε ζευγάρια. Φανταστείτε ότι το ένα μετατράπηκε σε μαύρη τρύπα και το άλλο έγινε κόκκινος γίγαντας. Τότε ο πρώτος θα τραβήξει σιγά σιγά την ουσία από τον δεύτερο. Ένας δίσκος από καυτά σωματίδια σχηματίζεται γύρω από μια μαύρη τρύπα. Εάν υπάρχουν πάρα πολλά τέτοια σωματίδια, θα παρατηρήσουμε την αντίστροφη διαδικασία.

Από πού προήλθε ο χρυσός και άλλα βαρέα μέταλλα στο Σύμπαν;

Ανακαλύψαμε ότι ο σίδηρος και τα ελαφρύτερα στοιχεία συντίθενται στη διαδικασία μιας θερμοπυρηνικής αντίδρασης μέσα σε ένα αστέρι. Ας δούμε πώς σχηματίζονται στοιχεία βαρύτερα από τον σίδηρο.

Αυτό απαιτεί πρόσθετα νετρόνια, και μάλιστα σε μεγάλες ποσότητες. Κάτω από ορισμένες συνθήκες, μπορούν να «σπρωχθούν» στον πυρήνα ενός ατόμου ενός ελαφρύτερου στοιχείου. Ως αποτέλεσμα, τα νετρόνια μπορούν να χάσουν ηλεκτρόνια κατά τη διαδικασία της διάσπασης βήτα. Τότε τα ουδέτερα σωματίδια θα μετατραπούν σε πρωτόνια και το φορτίο του ατόμου θα αυξηθεί. Αυτό σημαίνει ότι θα υπάρξει αύξηση του σειριακού αριθμού - το στοιχείο θα μετατραπεί σε βαρύτερο.

Γεννιέται το ερώτημα: πού να βρεις τόσα πολλά δωρεάν νετρόνια. Παλαιότερα, πιστευόταν ότι ένας τεράστιος αριθμός από αυτούς εμφανίζεται μετά από εκρήξεις σουπερνόβα. Αλλά το 2017, οι επιστήμονες μπόρεσαν να παρατηρήσουν μια άλλη διαδικασία - τη συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων. Το αποτέλεσμα είναι ένα αντικείμενο και πολλά συντρίμμια. Ως αποτέλεσμα, ένα «τσουνάμι» προκύπτει από αυτά τα θραύσματα, το οποίο αποτελείται από καθαρά νετρόνια. Η πυκνότητα μιας τέτοιας ροής είναι αρκετά μεγάλη - είναι συγκρίσιμη με την πυκνότητα νερό.

Πολλά νετρόνια «σπρώχνονται» σε κάθε άτομο που συναντά στο μονοπάτι αυτού του ρεύματος. Στη συνέχεια διασπώνται σε πρωτόνια και ηλεκτρόνια, και ως αποτέλεσμα, λαμβάνονται βαρύτερα στοιχεία. Για παράδειγμα, χρυσός.

Σήμερα, οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι τα περισσότερα από τα βαρέα μέταλλα στο σύμπαν μας σχηματίστηκαν με αυτόν τον τρόπο.