Нейтронные звёзды, белые карлики, коричневые карлики, и другие тела, не являющиеся звёздами


Нейтронная звезда – одно из плотнейших скоплений материи во Вселенной, однако на её массу есть верхний предел. Если выйти за него, нейтронная звезда схлопнется и сформирует чёрную дыру. Но ни нейтронные звёзды, ни чёрные дыры, несмотря на их большую массу, нельзя считать звёздами

Если говорить о звёздах, то их типов существует огромное количество. Наше Солнце не представляет собой ничего интересного, поскольку бывают звёзды более красные и более голубые, более яркие и более тусклые, более и менее массивные, причём во много раз. И если Солнце проживёт порядка 10-12 млрд лет, некоторые звёзды могут жить триллионы лет, а другие взрываются или схлопываются, прожив всего миллионы. Разнообразие звёзд огромно.

И всё-таки, многие объекты Вселенной, которые мы называем звёздами – белые карлики, коричневые карлики, нейтронные звёзды, и прочие – не являются звёздами на самом деле. Чтобы быть звездой, нужно не просто излучать свет, видимый в галактике. И вот почему, согласно астрономии, огромный набор объектов, которые мы зовём “звёздами”, не попадают под это определение.


Спустя примерно пять-семь миллиардов лет Солнце истощит запасы водорода в ядре. Его внутренности сожмутся, разогреются и в итоге начнётся синтез из гелия. В этот момент Солнце раздуется, испарит атмосферу Земли и сожжёт всё, что останется на её поверхности. Но и сейчас, и тогда, оно будет оставаться звездой.

Давайте заглянем внутрь нашего Солнца. Что мы там обнаружим? Как Земля, Юпитер или другие очень массивные объекты, оно состоит из слоёв, каждый из которых обладает своими уникальными свойствами. Внешние слои фотосферы Солнца уже горячие, и достигают нескольких тысяч кельвинов, но внутри нижних слоёв температура повышается неимоверно. Всё тепло, создаваемое в ядре, должно пробраться на поверхность, чтобы убежать, но при наличии внутри такого огромного количества частиц, большинство из которых ионизированы, фотону могут потребоваться сотни и тысячи лет на то, чтобы выбраться наружу.

Чем глубже мы будем пробираться к центру Солнца, тем будет горячее. Примерно на середине пути достигается важный порог температуры: 4 млн К. Именно там и проявляется звёздная природа Солнца.


Здесь представлены различные участки поверхности и внутренностей Солнца, включая ядро, где происходит ядерный синтез. Со временем участок ядра, содержащий гелий, расширяется, что увеличивает энергетический выход Солнца.

Наше Солнце является звездой не потому, что оно достаточно массивное, или достаточно яркое, или достаточно горячее – хотя все эти параметры соблюдаются. Масса, светимость и температура – необходимые характеристики звезды, но каждого из них по отдельности недостаточно для того, чтобы тело стало звездой. У истинных звёзд внутри происходит нечто особенное: в своём ядре они синтезируют гелий из отдельных протонов.


Наиболее прямолинейная и энергетически экономичная версия цепочки протон-протон, производящей гелий-4 из водородного топлива

Для начала этого процесса требуется температура от 4 млн К, а более высокая температура просто ускоряет реакцию. Ядро нашего Солнца достигает максимальной температуры в 15 млн К, что объясняет, почему оно примерно в тысячу раз ярче звезды, достигающей температуры в 4 млн К. Звезда, ярче и горячее Солнца, может светить в тысячи или даже миллионы раз сильнее; реакция синтеза сильно зависит от температуры.


Система классификации звёзд по цвету и размеру очень полезна. Изучая наш местный регион Вселенной, мы видим, что только 5% звёзд обладают массой не меньшей, чем у нашего Солнца. Оно в тысячи раз ярче самого тусклого красного карлика, но наиболее массивные звёзды спектрального класса О в миллионы раз ярче Солнца.

Звёздам, масса которых не превышает 40% солнечной, подвластен только синтез гелия из водорода; они не могут сжаться и разогреться до состояния, когда из гелия можно будет синтезировать что-то потяжелее. Достаточно массивные звёзды, как наше Солнце, смогут синтезировать углерод из гелия, когда в ядре закончится водород, а звёзды в 8 раз массивнее Солнца смогут синтезировать из углерода кислород и более тяжёлые элементы. Настоящей звездой считается такая, которая сможет синтезировать в ядре гелий, углерод, кислород или более тяжёлые элементы. Сюда входят красные карлики, солнцеподобные звёзды, красные и голубые гиганты, и супергиганты – это все точки на ночном небе, которые вы можете увидеть глазом.


Композитное изображение самой первой экзопланеты, которую мы увидели напрямую (красная) и её звезды, коричневого карлика, полученное в инфракрасном диапазоне. Истинная звезда была бы физически больше и имела бы большую массу, чем этот коричневый карлик.

Однако в этот список входят не все объекты, в названии которых есть слово “звезда”. В него не входят объекты, способные синтезировать тяжелые изотопы водорода и гелия при низких температурах. Коричневые карлики примерно в 13 раз больше Юпитера по массе, но меньше истинной звезды, красного карлика, по массе, и могут синтезировать дейтерий и иногда литий, но не доходят до порога, необходимого для синтеза гелия из водорода. Коричневые карлики, такие объекты, температура которых превышает 1 млн К, но не дотягивает до 4 млн К, обычно считаются неудавшимися звёздами, в том смысле, что если бы они приобрели больше массы и разогрелись бы, они могли бы стать звёздами небольшой массы.

Но два небольших коричневых карлика могут когда-нибудь объединиться и породить истинную звезду.


Двое этих коричневых карликов составляют систему Луман 16, и они могут когда-нибудь объединиться, создав звезду

Также есть класс объектов, находящихся в процессе формирования: протозвёзды. Когда-нибудь в будущем они, скорее всего, станут звёздами, начав синтез гелия из водорода в ядре. Но задолго до этого должно схлопнуться огромное и массивное молекулярное облако газа, и с точки зрения энергии это представляет проблему.

Яндекс.Еда: скидка 25% при первом заказе на сумму от 700 рублей, промокод AGHGYY

Оплатите подписку, и реклама отключится

У облака газа есть большая потенциальная энергия; если оно сожмётся под собственной гравитацией, эта энергия перейдёт в какую-либо другую форму. Эту энергию нужно будет излучать, чтобы получить стабильный сжатый объект типа звезды. И что же происходит? Ему необходимо испускать энергию в виде света и тепла. Поэтому эти протозвёзды могут освещать космос так же, как звёзды, однако свою энергию они получают от гравитационного коллапса, а не от ядерного синтеза.


Очень молодая протозвезда M17-SO1, изображение получено с телескопа Субару. Этот новый объект когда-нибудь станет звездой, но пока таковой не является.

В большинстве случаев эти протозвёзды станут истинными звёздами, когда начнётся синтез гелия (и, возможно, более тяжёлых элементов) из водорода. Но в ближайшие 10-15 млн лет их будет питать превращение гравитационной энергии в электромагнитную. Звёзды, похожие на Солнце (не превышающие его по массе больше, чем в два раза), известны, как звёзды типа T Тельца; более массивные известны, как звёзды Хербига. Однако у этих объектов неправильное название – у них отсутствует ядерный синтез, необходимый для причисления их к звёздам.

Они в итоге почти всегда становятся звёздами, но точно так же, как яйцо ещё не курица, протозвезда ещё не звезда.


Наблюдаемая структура молодой звезды MWC 758, справа, по сравнению с симуляцией, в которой участвует крупная внешняя планета, слева. Эта звезда Хербига более массивна, чем наше Солнце когда-либо было, но она ещё не является истинной звездой.

Наконец, есть остатки звёзд. Солнцеподобные звёзды закончат свою жизнь в фазе белого карлика, в которой ядро, где закончилось звёздное топливо, сжимается до размера примерно с планету Земля. Эти объекты останутся горячими и яркими ещё сотни триллионов лет, но новой энергии вырабатывать уже не будут. Они светятся за счёт энергии, с которой они родились, когда умерли породившие их звёзды. Белые карлики – и их версии из далёкого будущего, чёрные карлики – это остатки звёзд, а не истинные звёзды.

Даже когда материя падает на поверхность белого карлика и запускается синтез, в результате чего вспыхивает новая, её нельзя считать настоящей звездой. У звёзд синтез идёт в ядре; поверхностный синтез не считается.


Новая звезды GK Персея, композитное изображение сделано в рентгеновских лучах (голубые), радиоволнах (розовые) и оптическом диапазоне (жёлтые). Это прекрасный пример того, что мы можем видеть при помощи наилучших телескопов последнего поколения. Когда белый карлик притягивает достаточно материи, на его поверхности может вспыхнуть ядерный синтез, создающий временную яркую вспышку, известную, как новая.

Самым интересным объектом является нейтронная звезда, созданная массивным схлопыванием ядра сверхновой. Материал количеством вплоть до 2,5 солнечных масс можно собрать в сфере радиусом всего несколько километров, и крутящейся со скоростью до 2/3 скорости света. Нейтронная звезда плотнее атомного ядра, и один из наиболее экстремальных объектов Вселенной, а столкновения нейтронных звёзд порождают наиболее тяжёлые элементы в сегодняшней Вселенной.

Но, несмотря на своё название, нейтронная звезда является не звездой, а звёздным остатком. Как и в случаях с другими остатками звёзд, как с протозвёздами и не родившимися звёздами, слово “звезда” в названии не делает объект настоящей звездой. Без ядерного синтеза в ядре нейтронная звезда не становится менее интересной, но она не является звездой.


Нейтронная звезда, несмотря на то, что по большей части состоит из нейтральных частиц, создаёт наиболее сильное магнитное поле во Вселенной. При слиянии нейтронных звёзд они выдают характерные гравитационные волны и электромагнитные импульсы, а когда они переходят рубеж от 2,5 до 3 солнечных масс (в зависимости от скорости вращения), то могут превратиться в чёрные дыры менее, чем за секунду.

Здесь содержится предостережение для каждого учёного: неважно, как вы назвали или классифицировали объект исследований. Важно, что вы понимаете свойства, которые у него есть, или которых у него нет. Важно не то, считаете ли вы Плутон планетой, или нет; важно понимать его физические и орбитальные свойства. Отнести вирус к живым или неживым объектам не так важно, как понять его структуру, функции и влияние на окружающую среду и на организмы в ней. Не каждый объект, в названии которого есть слово “звезда”, производит синтез гелия из водорода, углерода из гелия или более тяжёлых элементов, но белые карлики, нейтронные звёзды, коричневые карлики и протозвёзды не становятся от этого менее интересными. Не всё есть звезда, и это хорошо. Каждый объект играет свою уникальную роль в космической истории, создавшей нас с вами.

Источник

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

1,175 просмотров всего, 13 просмотров сегодня

Ещё записи на эту тему

Как получилось, что размер Вселенной больше её возраста?... Мы знаем, что возраст Вселенной составляет 13,8 миллиардов лет, но размер наблюдаемой Вселенной при этом – 46 миллиардов световых лет. Как это возможно? Природа требует, чтобы мы не превышали скоро...
«Песчаные дюны» Плутона состоят не из песка – это гранулы замёрзшего метана... В июле 2015 года межпланетная станция "Новые горизонты" вошла в историю, совершив первый пролёт мимо Плутона. В процессе пролёта зонд собрал горы данных о поверхности Плутона, его составе, атмосфе...
Компания Aerojet Rocketdyne испытывает новый ионный двигатель В настоящее время различные компании исследуют несколько ключевых технологий, предназначенных для нового поколения миссий изучения космоса. Кроме космических кораблей и ракет-носителей, которые см...
Спросите Итана: когда появились тёмная материя и тёмная энергия?... Теоретически мы хорошо знаем всю нашу космическую историю – но только качественно. Только подтверждая и открывая при помощи наблюдений различные этапы прошлого нашей Вселенной, которые должны были п...