Новое представление о смерти звезды, такое как наше Солнце
Примерно на расстоянии 10 000 световых лет в созвездии Центавра находится планетарная туманность NGC 5307. Планетарная туманность - это остаток звезды, подобной нашему Солнцу, когда она достигла того, что можно охарактеризовать как конец своей жизни.
Это изображение Хаббла NGC 5307 не только заставляет задуматься о прошлом звезды, но и размышляет о будущем нашего собственного Солнца.
Процесс старения звезды и достижения конца ее жизни - длинная, медленная история, перемежающаяся эпизодами быстрых изменений. Как и NGC 5307, наше Солнце в конечном итоге превратится в красного гиганта, извергающего свои внешние слои газа.
Через несколько миллиардов лет в будущем оно само станет белым карликом, освещая слои газа, которые пролило как планетарную туманность.
Прямо сейчас наше Солнце находится на главной последовательности. Оно превращает водород в гелий внутри его ядра. В результате этого синтеза высвобождается огромное количество энергии, которая нагревает Землю и поддерживает жизнь.
Но звезда - это баланс между внешним давлением слияния и внутренним давлением собственной гравитации. Этот баланс называется гидростатическим равновесием, и он не может длиться вечно.
Год за годом, век за веком, эон за эоном, Солнце продолжает перерабатывать водород в гелий, выделяя тепло и теряя массу. Хотя звезда, подобная нашему Солнцу, может казаться стабильной и неизменной, ничто в природе не остается неизменным.
Солнце каждую секунду перерабатывает около 600 миллионов тонн водорода в гелий, теряя при этом массу. Она теряет массу, превращая вещество в энергию, как это объясняется E = mc² Эйнштейна.
Это значительная масса. Фактически, за свои примерно 4,5 миллиарда лет жизни Солнце потеряло количество массы, подобное массе Юпитера.
В конечном счете, балансирование будет изменено навсегда, потому что Солнце потеряет достаточно массы, чтобы внутренней силы его гравитации не хватило для удержания внешней силы его слияния. Звезда превратится в красного гиганта.
Астрономы подсчитывают, что когда наше Солнце станет красным гигантом, примерно через 5 миллиардов лет оно расширится достаточно, чтобы поглотить Меркурий, Венеру и, возможно, Землю.
Вследствие этого Солнце станет примерно в два раза ярче, чем сейчас. В этот момент Земля получит от Солнца столько энергии, сколько сейчас получает Венера.
После фазы красного гиганта Солнце станет суб-гигантом. Это удвоится в размере за полмиллиарда лет. Затем наступает другая фаза на полмиллиарда лет, где она снова удваивается, а также становится ярче в две тысячи раз.
В этот момент Солнце стало огромным, ярким, грозным объектом, который покраснел и поглотил внутренние планеты Солнечной системы.
В этот момент Солнце окажется на ветви красного гиганта. У него будет ядро гелия, окруженное слоем водорода. После миллиардов лет активной жизни Солнцу останется только около 100 миллионов лет активной жизни.
Сначала это гелиевая вспышка, где Солнце сожжет 40 процентов своей массы. Это будет сделано путем преобразования около 6% гелия в его ядре в углерод. Это займет всего несколько минут, шокирующее противопоставление миллиардам лет жизни Солнца.
Потеряв всю эту массу, оно уменьшится примерно в 10 раз по сравнению с текущим размером и примерно в 50 раз по сравнению с яркостью. В этот момент Солнце находится на горизонтальной ветви, и оно будет продолжать сжигать гелий в своем ядре в течение следующих ста миллионов лет, становясь немного больше и ярче.
Но сейчас у Солнца заканчивается топливо. Гелий в его ядре еще больше истощается и теряет больше массы. Ничто не может помешать этому случиться, и Солнце снова расширится, как это произошло, когда оно впервые вошло в фазу красного гиганта.
Но это расширение будет намного быстрее.
Вещи ускоряются для Солнца, и это становится все более нестабильным. Наше некогда неумолимое Солнце вступает в свои последние стадии. Сейчас оно находится в фазе асимптотической гигантской ветви и проведет около 20 миллионов лет в начале этой фазы.
Оно имеет в основном инертное ядро из кислорода и углерода, оболочку, в которой гелий плавится в большем количестве углерода, и другую оболочку, где водород плавится в гелии. Там много чего происходит.
Оно будет колебаться в серии тепловых импульсов и потери массы. Каждый из этих импульсов длится всего сто лет или около того, и в каждом Солнце будет расширяться и становиться более ярким. Каждый импульс будет сильнее предыдущего, и этот период длится около 100 000 лет.
Расчеты показывают, что наше Солнце, вероятно, испытает четыре из этих импульсов ближе к концу своей жизни.
Солнце успокоится от этих импульсов. Солнце для всех намерений и целей мертво. Или, по крайней мере, в коме.
Импульсы потеряли свои внешние слои, и теперь это белый карлик. Этот белый карлик будет содержать только около 50 процентов первоначальной массы Солнца.
Солнце мертво, потому что больше нет слияния. Как белый карлик, оно излучает только запасенную энергию. Оно состоит из плотно упакованной электронно-вырожденной материи, и никакого слияния быть не может.
Но оно все еще сияет, и энергия, которую оно излучает, ударяет по слоям газа, которые оно излучает во время тепловых импульсов, ионизируя газ и освещая его. Наше Солнце станет планетарной туманностью. И это возвращает нас к NGC 5307.
NGC 5307 - это проблеск, ожидающий конца жизни Солнца. Так же, как NGC 5307, наше Солнце однажды, через миллиарды лет, станет лишь остатком своей былой славы как живительный шар из плазмы.
Несмотря на название планетарной туманности, поблизости не будет никаких планет. Он уничтожит их во время своей экспансии. Там будет только газ.
Но даже газа в конце концов не будет. Он отойдет от звезды и остынет. После примерно 10 000 лет существования в качестве планетарной туманности бывшее Солнце будет оставаться слабым белым карликом триллионы лет.
После этого, согласно теории, Солнце станет черным карликом. Оно полностью остынет и не будет излучать энергию. Это теоретически, потому что никаких черных карликов не наблюдалось. На самом деле, для того, чтобы звезда достигла этого гипотетического состояния черного карлика, требуется больше времени, чем возраст самой Вселенной.
Изгнанный газ из планетарной туманности все еще играет свою роль. На протяжении всего хаоса последних этапов эволюции Солнца оно производило элементы, тяжелее водорода и гелия в результате звездного нуклеосинтеза.
Эти элементы, называемые металлами в астрономии, будут отправлены в космос и перенесены в другой процесс образования звезды. Они обогатят следующую зарождающуюся звезду и следующие планеты, которые могут сформироваться вокруг этой будущей звезды.
Название планетарная туманность является неправильным в астрономии. Они никак не связаны с планетами. Но некоторые из первых наблюдателей этих звездных остатков, с телескопами, доступными для них в то время, видели округлые формы и предполагали, что они были планетами.
Теперь мы знаем, что это не так. Теперь мы узнаем их такими, какие они есть. Каждая из этих туманностей напоминает снимок, суммирующий миллиарды лет, необходимых для достижения этого состояния. И хотя это никогда не будет наблюдаться человеческими глазами (вероятно), это конечная судьба нашего Солнца.
Источник: .