Как выглядит жизненный цикл звезды?

Когда вы смотрите на ночное небо, вы видите тысячи звезд. Наше собственное Солнце - желтая карликовая звезда в середине своего жизненного цикла. Как они все туда попали? Вот более пристальный взгляд на жизненный цикл звезды, и как размер и масса одного из этих звездных тел влияют на ее существование.

В начале

В отличие от популярных СМИ, звезды не просто появляются полностью сформированными с серией планет, окружающих их. Этот процесс занимает миллионы или даже миллиарды лет, и все это начинается с облака межзвездного газа.

Каждая звезда на небе начинала свою жизнь как туманность, которая представляет собой облако газа и пыли. Эти туманности в основном состоят из водорода и гелия, а также некоторых других микроэлементов. Со временем облако начнет вращаться, развивая центр тяжести и притягивая все в туманности к этой точке. Гравитация продолжает расти и усиливаться до тех пор, пока в решающий момент давление не приведет к коллапсу ядра молекул водорода и гелия в процессе, называемом ядерным синтезом.

Звезды, которые начинают формироваться, но не имеют достаточного тепла и давления, чтобы вызвать ядерное деление, известны как коричневые карлики. Их масса примерно вдвое больше массы Юпитера, но с Земли они видны только в инфракрасные телескопы.

Как только происходит слияние, рождается звезда - но что происходит после этого?

Жизненный цикл звезды

Прежде чем мы перейдем к тому, что происходит с каждым типом звезды в течение ее жизни, необходимо коснуться одного важного момента. Существует прямая связь между массой звезды и ее долголетием.

Массивные звезды могут иметь больше водорода, но они прожигают его быстрее, чем более мелкие, чтобы поддерживать свои большие размеры. Маленькие звезды не должны гореть так ярко, поэтому они живут дольше.

Это все относительно, так как средняя продолжительность жизни звезды исчисляется миллиардами лет. Нашей родной звезде 4,603 миллиарда лет, и, вероятно, у нее достаточно водорода, чтобы гореть еще 5 миллиардов лет. Как это отношение массы к продолжительности жизни влияет на различные типы звезд?

Звезды O- и B-класса

Звезды O - и B-класса являются одними из самых больших, которые вы увидите в ночном небе. Вы можете разбить их продолжительность жизни на пять этапов.

Первая стадия происходит сразу после первого слияния, которое дает рождение этому новому небесному телу. И гелий, и водород существуют внутри звезды, но в настоящий момент она только сжигает водород. На этом этапе он известен как звезда главной последовательности, и это, вероятно, самая стабильная часть его жизненного цикла.

Как только водород заканчивается, звезда переходит во вторую стадию. На протяжении миллионов или миллиардов лет ядро теряет стабильность. Хотя гелий горюч, звезда его не сжигает. Вместо этого, эта нестабильность заставляет гелий сливаться с углеродом, который смешивается с такими элементами, как железо, сера и неон. В этот момент ядро также превращается в железо, в то время как внешняя гелиевая оболочка звезды начинает расширяться.

Третья стадия длится около миллиона лет и включает серию ядерных реакций, которые образуют больше оболочек вокруг железного ядра звезды.

Четвертая стадия - это самое взрывоопасное время в жизненном цикле звезды. В какой-то момент ядро обрушится само на себя и создаст массивную ударную волну, называемую сверхновой. То, что останется от звезды, будет расширяться во всех направлениях, уничтожая все, что находится на ее пути.

С этой точки зрения есть два различных способа, которыми звезда с большой массой может войти в пятую стадию. Если оставшийся материал в 1,5-3 раза больше нашего Солнца, он снова схлопнется и превратится в нейтронную звезду. Если он больше этого, то, что осталось от звезды, вместо этого станет черной дырой.

Звезды К- и М-класса

Звезды с низкой массой необязательно маленькие. Используя наше Солнце для сравнения размеров, большинство звезд с низкой массой составляют примерно 1,4 солнечных единицы — или 1,4 раза больше нашего Солнца. Хотя они могут быть больше, они значительно легче по весу, чем звезды класса G, такие, как наше Солнце.

Начало жизни звезды с малой массой похоже на жизнь с высокой и средней массой: она образуется из пылевого облака, инициирует ядерный синтез и горит как часть главной последовательности в течение миллиардов лет. Как только у этих звезд истощается водород, ядро ​​начинает разрушаться, становясь более горячим и плотным с течением миллионов лет. В конце концов, это ядро ​​достигнет температуры примерно 100 миллионов градусов Кельвина, где молекулы гелия начинают сливаться с углеродом. Внешность звезды темнеет до красного, становясь красным гигантом по мере расширения.

Как это происходит, происходит гелиевая вспышка. Это заставляет внешнюю часть звезды расширяться и слегка охлаждает ядро. Она проходит через этот цикл несколько раз, нагреваясь и охлаждаясь, когда внешняя оболочка расширяется и сжимается. Вот тут-то и начинается самое интересное.

Вместо того чтобы взорваться как звезда с высокой массой, она в конце концов теряет сцепление, так как гравитация больше не может сдерживать внешние слои. Она становится так называемой планетарной туманностью.

Как только это произойдет, все, что осталось, — это ядро ​​звезды, которая продолжает гореть как белый карлик. Когда у него кончается топливо, оно в конечном итоге темнеет до черного карлика.

Звезды G-класса

Мы все хорошо знакомы со звездами G-класса - наше солнце - одна из них. Сейчас это главная звезда последовательности, в середине своего жизненного цикла. Она стабильна, кроме случайной вспышки Солнца или выброса корональной массы, и обеспечивает нашу планету теплом и светом, которые ей необходимы, чтобы выжить.

Судьба звезды средней массы, подобной нашему солнцу, похожа на судьбу звезд низкой массы. Он начнет расширяться в красного гиганта - и, вероятно, поглотит нашу планету, а затем в конечном итоге превратится в планетарную туманность, оставив позади белого карлика.

Конец жизни на Земле

Хотя наше Солнце уже немолодо, с астрономической точки зрения, вам не нужно беспокоиться о том, что оно станет красным гигантом во время вашей жизни или жизни ваших детей. Мы, вероятно, получим еще 5 миллиардов лет жизни. К тому времени мы, вероятно, сами окажемся среди звезд, и наша родная планета превратится в далекое воспоминание.