"Saule atstās dimantu Zemes lielumā." Astronoms Mihails Lisakovs - par zvaigžņu evolūciju
Literārs Mistrojums / / July 27, 2023
Tāpat kā bioloģiskais, tas ilgst miljoniem gadu, taču tas nerada jaunus organismu veidus, bet jo īpaši zeltu.
Pastāv daudzi mīti, ar kuriem astronomi bieži saskaras. Piemēram, daudzi ir pārliecināti, ka Jupiters kādreiz var pārvērsties par zvaigzni. Un katra zvaigzne eksplodēs savas dzīves beigās.
Fiziķis un astronoms Mihails Lisakovs stāstīja forumā "Zinātnieki pret mītiem", kuru dzīves ceļu iziet katra zvaigzne. Viņš arī precizēja, kas notiks ar mūsu Sauli evolūcijas beigās, un paskaidroja, kāpēc zelts ir kosmisks metāls. Šo forumu rīkoANTROPOGENESIS.RU"- ievietoja videoklipu savā vietnē YouTube kanāls. Un Lifehacker apkopoja lekciju.
Mihails Lisakovs
Fizikālo un matemātikas zinātņu kandidāts, Ļebedeva fiziskā institūta Astrokosmosa centra Ekstragalaktiskās radioastronomijas laboratorijas vecākais pētnieks. Vairāk nekā 40 zinātnisku rakstu autors.
Kādu debess ķermeni var uzskatīt par zvaigzni
Pastāv vieglprātīgs formulējums: zvaigzne ir objekts, no kura mēs redzam starus.
Patiesībā tas nav īsti joks. Ja skatāmies uz kosmosa fotogrāfijām, kas uzņemtas ar teleskopiem, mēs redzēsim miglainus mākoņus un spilgtus punktus. Mazie miglas plankumi ir galaktikas. Gaismas punkti ar vairākiem stariem ir zvaigznes.
Mūsdienu teleskopa optiskā sistēma ir veidota tā, ka fotoattēlā laužot gaismu, zvaigznēs patiešām parādās stari. Bet senajās debesu kartēs, kad tādu teleskopu nebija, cilvēki zvaigznes attēloja tāpat.
Lai saprastu, kas ir noslēpums, zinātnieki veica nelielu pētījumu. Viņi spīdēja cilvēkiem acīs ar mazu, bet spilgtu avotu un fotografēja tīklene. Izrādījās, ka visi subjekti uz tīklenes radīja ļoti līdzīgus attēlus. Tas ir, skaidrs centrs un plānu līniju mākonis, kas krustojas šajā punktā. Tā tas ir pareizi: zvaigznes ir spilgti debess ķermeņi, kuriem ir stari.
Un tagad nopietni. Lai saprastu, kā zvaigzne atšķiras no citas telpas objektusApskatīsim tās centru. Ir kodols, kurā nepārtraukti notiek kodoltermiskā reakcija. Rezultātā vieglie elementi pārvēršas par smagākiem un šīs pārejas dēļ tiek atbrīvota enerģija. Tas tiek pārnests uz zvaigznes ārējiem slāņiem. Piemēram, sajaucot lielas vielas masas. Šis process izskatās vārot ūdens katliņā. Tā mēs redzam mūsu Saules virsmu.
Nepārtraukta kodoltermiskā reakcija ir galvenā zvaigznes atšķirīgā iezīme.
Šādai saplūšanai ir nepieciešams ļoti tuvu tuvināt pozitīvi lādētas daļiņas, protonus. Lai atbalstītu šo procesu, ir nepieciešama ļoti augsta temperatūra un spiediens. Un reakcijas rezultātā no diviem ūdeņraža atomiem vai četriem protoniem tiek iegūts viens hēlija atoms.
Bet ir zināms, ka četri protoni sver vairāk nekā šis atoms. Tātad, jums ir jāsaprot, kur rodas atšķirība.
Mūsu Visumā mēs nezinām par procesiem, kas varētu atņemt masu vai enerģiju, lai tā pazustu. Tā nenotiek. Kodolsintēzes procesos rodas dažas jaunas daļiņas, piemēram, neitrīno, un tiek atbrīvota enerģija. Patiesībā, pateicoties tam, zvaigznes spīd.
Mihails Lisakovs
Ja saduras trīs hēlija atomi, tad termokodolsintēzes rezultātā veidojas oglekļa atoms. Bet tas prasa vēl augstāku temperatūru. Tomēr process neapstājas arī pie oglekļa. Tad sāk sintezēties skābeklis, tad magnijs. Un tā tālāk līdz gludināšanai. Smagāko elementu sintēze zvaigznes kodolā vairs netiek spontāni atbalstīta. Tam nepieciešama papildu enerģija no ārpuses.
Pastāv mīts, ka arī Jupiteram bija jākļūst par zvaigzni, kā Sv, bet kaut kas nogāja greizi. Tas ir mīts, jo ar šīs planētas masu nepietiek, lai uzturētu pastāvīgu kodoltermisko reakciju. Temperatūra un spiediens nebūs pietiekami augsts. Tāpēc Jupiters var kļūt par zvaigzni tikai ar vienu nosacījumu: tas palielinās savu masu apmēram 15 reizes. Bet tas nav iespējams.
Kādas ir zvaigznes?
Ja paskatās uz nakts debesīm skaidrā dienā, jūs varat redzēt dažāda veida zvaigznes:
- Gaišs vai blāvs. Agrāk tika uzskatīts, ka jo mazāk redzams zvaigznes viņi ir tikai tālāk no mums. Bet tad astronomi iemācījās izmērīt attālumus līdz kosmosa objektiem. Un viņi uzzināja, ka gaismekļu spilgtums nav atkarīgs no attāluma, bet gan no to jaudas. Dažām zvaigznēm šis parametrs patiešām ir lielāks nekā citām.
- Daudzkrāsains - zils, dzeltens, sarkanīgs, balts. Arī dažādu toņu zvaigznes nav ilūzija. Katrai no tām ir sava starojuma temperatūra.
Zinātnieki ir izveidojuši grafiku, kurā horizontālā ass ir zvaigznes temperatūra vai tās krāsa. Vertikālā ass ir spilgtums, gaismas piesātinājums. Tad šajā grafikā ievietojam visas zināmās zvaigznes. Un viņi redzēja, ka lielākā daļa no tiem atrodas pa diagonāli - no visspēcīgākajiem un karstākajiem zilajiem milžiem līdz maziem sarkaniem punduriem. Šo diagonāli sauca par galveno secību.
Visas zvaigznes, kas šobrīd centrā sadedzina ūdeņradi un pārvērš to hēlijā, atrodas uz šīs taisnes.
Mihails Lisakovs
Masīvas un spilgtas, karstākas zvaigznes atrodas spektra zilajā daļā. Viņu ir ļoti maz, un viņi dzīvo salīdzinoši īsu laiku. Bet spektra kreisajā, sarkanajā apgabalā mēs redzam daudz vairāk zvaigžņu. To masa ir daudz mazāka, tie ir aukstāki un vāji spīd. Bet viņu mūžs ir daudz ilgāks nekā zilajiem milžiem. Saule atrodas tuvāk vidum - spektra dzeltenajā reģionā.
Bet diagrammā ir vēl dažas jomas. Apsveriet tos, kas atrodas virs galvenās secības. Tur nokļūst zvaigznes, kurās kodolsintēzes procesā viss ūdeņradis ir beidzies, tas ir, izdedzis. Izrādās sava veida "pansionāts" zvaigznēm – vieta, kur gaismekļi nokrīt savas dzīves saulrietā. Tajos joprojām notiek saplūšanas reakcija un vieglāki elementi turpina pārvērsties smagos.
Bet ir vēl viens diezgan pamanāms zvaigžņu kopu apgabals - zem galvenās secības. Astronomi to sauc par "kapsētu".
Kad zvaigznēm izbeidzas visi pārējie elementi, ko tās var ražot savā kodolā, tās nonāk "zvaigžņu kapos". Kur viņi ir ļoti karsti, bet ļoti, ļoti blāvi.
Mihails Lisakovs
Kā notiek zvaigžņu evolūcija?
Tagad parunāsim sīkāk par to, kādi notikumi notiek ilgā zvaigžņu dzīvē.
Astronomi visas izmaiņas zvaigžņu stāvoklī sauc par zvaigžņu evolūciju. Viņai nav gandrīz nekā kopīga bioloģiskā evolūcija. Vienīgā sakritība ir tā, ka abi procesi turpinās miljoniem un miljardu gadu.
Zvaigžņu evolūcija ir pilns katra spīdekļa dzīves cikls. Šajā laikā zvaigzne mainās līdz nepazīšanai. Bet kādas izmaiņas viņu sagaida, ir atkarīgs no masas. Ir iespējams nosacīti sadalīt kosmosa objektus trīs grupās.
1. Zvaigznes ar mazu masu
Piemēram, Proxima Centauri. Viņi piedzimst gāzes putekļu mākonī un kļūst par sarkanajiem punduriem. Un tad viņi ļoti ilgi dzīvo nemainītā stāvoklī, līdz beidzas ūdeņradis. Šāds liktenis gaida zvaigzni, ja tās masa ir apmēram 10 reizes mazāka par sauli.
2. Zvaigznes pēc izmēra salīdzināmas ar Sauli
Tie ir smagāki un interesantāki objekti. To masa ir pietiekama, lai kodolā pēc ūdeņraža sadegšanas sāktos nākamais posms – oglekļa sintēze no hēlija. Rezultātā tie uzbriest līdz sarkanā milža izmēram. Piemēram, Saule šī procesa rezultātā palielināsies tā, ka tā aprīs Merkuru un Venēru. Un tad tas izaugs gandrīz līdz Zemes orbītai. Tas notiks apmēram piecu miljardu gadu laikā. Būs lieliski, ja cilvēki līdz tam laikam atradīs ceļu. būt prom no mūsu gaismas.
Tad šāda zvaigzne izmet čaulu, kas pārvēršas par planētu miglāju. Centrā palicis spīdošs punkts – bijušais kodols. Un gaismeklis nosacīti pārceļas uz kapsētu.
3. masīvas zvaigznes
To masa ir vairāk nekā 10 reizes lielāka nekā saules. Viņi ātri dzīvo un galu galā pārvēršas par jebkuru no tiem melnais caurumsvai neitronu zvaigznē. Par to, kā notiek milzīgu gaismekļu evolūcija, mēs runāsim sīkāk.
Saulei paliks balts punduris no oglekļa. Kad tas pilnībā atdziest un ogleklis kristalizēsies, principā jūs iegūsit dimantu Zemes lielumā.
Mihails Lisakovs
Kā parādās neitronu zvaigznes un melnie caurumi?
Ļoti smagās zvaigznēs temperatūra un spiediens ļauj kodoltermiskajai reakcijai turpināties līdz pat dzelzs veidošanās stadijai. Tāpēc savā struktūrā milzu kodoli atgādina sīpolus. Pašā centrā tiem ir dzelzs, tad silīcija slānis, skābeklis, neons utt.
Kad viss pārvēršas par dzelzi, kodolsintēzes dzinējs tiek izslēgts. Tālāk strādāt viņam jau ir enerģētiski neizdevīgi. Tāpēc zvaigznes starojums apstājas. Bet smagums paliek.
Un tad gravitācija liek visiem ārējiem slāņiem sabrukt un lidot uz centru.
Tad zvaigzne uzsprāgst kā supernova. Bet šeit ir divas iespējas:
- Kvantu spēki apturēs sabrukšanas procesu. Pēc sprādziena palikušās zvaigžņu matērijas blīvums kļūs tik liels, ka elektroni tiks iespiesti protonos un rezultātā veidosies neitrālas daļiņas – neitroni. Kvantu efektu dēļ neitroni neļaus gravitācijai turpināt saspiešanas procesu. Rezultātā veidojas neitronu zvaigzne – objekts ar ārkārtīgi augstu vielas blīvumu.
- Gravitācija ir spēcīgāka par kvantu spēkiem. Tad sabrukšanas process turpinās, līdz objekts pārvēršas melnajā caurumā.
Pastāv mīts, ka melnie caurumi pakāpeniski absorbēs visu vielu Visums. Bet tā nav.
Gadās, ka zvaigznes piedzimst un dzīvo pa pāriem. Iedomājieties, ka viens pārvērtās par melnu caurumu, bet otrs kļuva par sarkanu milzi. Tad pirmais lēnām izvilks vielu no otrās. Ap melno caurumu veidojas karstu daļiņu disks. Ja šādu daļiņu ir pārāk daudz, mēs novērojam apgriezto procesu.
Noteiktos apstākļos melnais caurums var sākt izmest vielas strūklas. Tas ir, principā melno caurumu “pabarot” nav tik vienkārši. Un bailes, ka melnie caurumi iesūks visu Visuma matēriju, kopumā nekas neapstiprina.
Mihails Lisakovs
No kurienes Visumā radās zelts un citi smagie metāli?
Mēs noskaidrojām, ka dzelzs un vieglāki elementi tiek sintezēti kodoltermiskās reakcijas procesā zvaigznes iekšienē. Apskatīsim, kā veidojas elementi, kas ir smagāki par dzelzi.
Tam ir nepieciešami papildu neitroni, turklāt lielos daudzumos. Noteiktos apstākļos tos var “iestumt” vieglāka elementa atoma kodolā. Rezultātā neitroni beta sabrukšanas procesā var zaudēt elektronus. Tad neitrālās daļiņas pārvērtīsies protonos un palielināsies atoma lādiņš. Tas nozīmē, ka tiks palielināts sērijas numurs - elements pārvērtīsies par smagāku.
Rodas jautājums: kur iegūt tik daudz brīvu neitronu. Iepriekš tika uzskatīts, ka milzīgs skaits no tiem parādās pēc supernovas sprādzieniem. Taču 2017. gadā zinātnieki varēja novērot citu procesu – divu neitronu zvaigžņu saplūšanu. Rezultāts ir viens objekts un daudz gružu. Rezultātā no šiem fragmentiem rodas “cunami”, kas sastāv no tīriem neitroniem. Šādas plūsmas blīvums ir diezgan liels - tas ir salīdzināms ar blīvumu ūdens.
Daudz neitronu tiek “iespaidīti” jebkurā atomā, kas sastopas šīs plūsmas ceļā. Tad tie sadalās protonos un elektronos, un rezultātā tiek iegūti smagāki elementi. Piemēram, zelts.
Mūsdienās zinātnieki zina, ka lielākā daļa smago metālu mūsu Visumā ir veidojušies šādā veidā.
Iepriekš varēja teikt: iedomājieties, puiši, šeit jums ir zelta gredzeni - tie visi ir dzimuši supernovas sprādziena laikā. Un tagad es jums pateikšu tā: šeit jums ir rotaslietas - zelts tajās ir dzimis divu neitronu zvaigžņu saplūšanas laikā. Manuprāt, tas ir ļoti forši.
Mihails Lisakovs
Izlasi arī🧐
- 12 smieklīgākie viltojumi par kosmosu
- Biologs Mihails Ņikitins: kā pierādīt, ka dzīvība uz Zemes radās pati no sevis
- Vai tā ir taisnība, ka Visums ir pārāk sarežģīts un to pētīt ir bezjēdzīgi: astrofiziķis kliedē populāros mītus