"Päike jätab maha Maa suuruse teemandi." Astronoom Mihhail Lisakov - tähtede evolutsioonist
Varia / / July 27, 2023
Nagu bioloogiline, kestab see miljoneid aastaid, kuid see ei tekita uut tüüpi organisme, vaid eelkõige kulda.
On palju müüte, millega astronoomid sageli kokku puutuvad. Näiteks on paljud kindlad, et Jupiter võib kunagi muutuda täheks. Ja iga täht plahvatab oma eluea lõpus.
Füüsik ja astronoom Mihhail Lisakov rääkis foorumil "Teadlased vs müüdid", millise elutee iga staar läbib. Samuti selgitas ta, mis saab meie Päikesest evolutsiooni lõpus, ja selgitas, miks kuld on kosmiline metall. Seda foorumit haldabANTROPOGENESIS.RU"- postitas oma video YouTube'i kanal. Ja Lifehacker tegi loengu kokkuvõtte.
Mihhail Lisakov
Füüsikaliste ja matemaatikateaduste kandidaat, Lebedevi Füüsika Instituudi Astrokosmosekeskuse ekstragalaktilise raadioastronoomia labori vanemteadur. Rohkem kui 40 teadusartikli autor.
Millist taevakeha võib pidada täheks
On kergemeelne sõnastus: täht on objekt, millelt me kiiri näeme.
Tegelikult pole see nali. Kui vaatame teleskoopidega tehtud fotosid kosmosest, näeme uduseid pilvi ja heledaid punkte. Väikesed udutäpid on galaktikad. Mitme kiirgusega helendavad punktid on tähed.
Kaasaegse teleskoobi optiline süsteem on konstrueeritud nii, et fotol valguse murdmisel tekivad tähtedes tegelikult kiired. Kuid iidsetel taevakaartidel, kui selliseid teleskoope polnud, kujutasid inimesed tähti samamoodi.
Saladuse mõistmiseks viisid teadlased läbi väikese uuringu. Nad särasid väikese, kuid ereda allikaga inimestele silma ja tegid pilte võrkkesta. Selgus, et kõik võrkkesta katsealused tekitasid väga sarnaseid pilte. See tähendab, et selles punktis ristuvad selge keskpunkt ja õhukeste joonte pilv. Nii et see on õige: tähed on eredad taevakehad, millel on kiired.
Ja nüüd tõsiselt. Et mõista, mille poolest täht erineb muust ruumist objektidVaatame selle keskpunkti. Seal on tuum, milles toimub pidevalt termotuumareaktsioon. Selle tulemusena muutuvad kerged elemendid raskemateks ja selle ülemineku tõttu vabaneb energia. See kantakse üle tähe välimistesse kihtidesse. Näiteks suurte ainemasside segamisel. See protsess näeb välja selline keemine vesi kastrulis. Nii näeme me oma Päikese pinda.
Pidev termotuumareaktsioon on tähe peamine eristav tunnus.
Selliseks ühinemiseks on vaja positiivselt laetud osakesed, prootonid, üksteisele väga lähedale tuua. Selle protsessi toetamiseks on vaja väga kõrget temperatuuri ja rõhku. Ja reaktsiooni tulemusena saadakse kahest vesinikuaatomist ehk neljast prootonist üks heeliumi aatom.
Kuid on teada, et neli prootonit kaaluvad rohkem kui see aatom. Niisiis, peate mõistma, kust erinevus läheb.
Meie universumis ei tea me protsesse, mis võiksid massi või energia ära võtta nii, et see kaoks. Seda ei juhtu. Termotuumaprotsessides sünnivad mõned uued osakesed, näiteks neutriinod, ja vabaneb energia. Tegelikult säravad tänu sellele tähed.
Mihhail Lisakov
Kui põrkuvad kolm heeliumi aatomit, tekib termotuumasünteesi tulemusena süsinikuaatom. Kuid see nõuab veelgi kõrgemat temperatuuri. Kuid protsess ei piirdu ka süsinikuga. Siis hakkab sünteesima hapnikku, seejärel magneesiumi. Ja nii edasi kuni rauda. Raskemate elementide sünteesi tähe tuumas enam spontaanselt ei toetata. See vajab täiendavat energiat väljast.
On müüt, et ka Jupiterist pidi täht saama, nagu Päike, aga midagi läks valesti. See on müüt, sest selle planeedi massist ei piisa pideva termotuumareaktsiooni toetamiseks. Temperatuur ja rõhk ei ole piisavalt kõrged. Seetõttu võib Jupiterist täht saada ainult ühel tingimusel: see suurendab oma massi umbes 15 korda. Kuid see on võimatu.
Millised on tähed?
Kui vaatate selgel päeval öist taevast, näete erinevat tüüpi tähti:
- Hele või hämar. Varem arvati, et mida vähem näha tähed nad on meist lihtsalt kaugemal. Kuid siis õppisid astronoomid mõõtma kaugusi kosmoseobjektideni. Ja nad said teada, et valgustite heledus ei sõltu nende kaugusest, vaid võimsusest. Mõne tähe puhul on see parameeter tõepoolest suurem kui teistel.
- Mitmevärviline - sinine, kollane, punakas, valge. Erinevat tooni tähed ei ole samuti illusioon. Igal neist on oma kiirgustemperatuur.
Teadlased on koostanud graafiku, kus horisontaalteljel on tähe temperatuur või selle värvus. Vertikaalne telg on heledus, valguse küllastus. Seejärel paneme sellele graafikule kõik teadaolevad tähed. Ja nad nägid, et enamik neist asus diagonaalselt - kõige võimsamatest ja kuumematest sinistest hiiglastest kuni väikeste punaste kääbusteni. Seda diagonaali nimetati põhijadaks.
Kõik tähed, mis praegu põletavad vesinikku keskel ja muudavad selle heeliumiks, asuvad sellel sirgel.
Mihhail Lisakov
Massiivsed ja heledad, kuumemad tähed asuvad spektri sinises osas. Neid on väga vähe ja nad elavad suhteliselt lühikest aega. Kuid spektri vasakpoolses punases piirkonnas näeme palju rohkem tähti. Nende mass on palju väiksem, nad on külmemad ja säravad nõrgalt. Kuid nende eluiga on palju pikem kui sinistel hiiglastel. Päike on keskele lähemal - spektri kollases piirkonnas.
Kuid diagrammil on veel mõned valdkonnad. Mõelge põhijärjestusest kõrgemale. Sinna jõuavad tähed, milles termotuumasünteesi protsessis on kogu vesinik lõppenud ehk ära põlenud. Selgub, et see on tähtede omamoodi "hooldekodu" - koht, kuhu valgustid langevad oma elu päikeseloojangul. Ühinemisreaktsioon neis veel käib ja kergemad elemendid muutuvad jätkuvalt rasketeks.
Kuid on veel üks üsna märgatav täheparvede piirkond - põhijada all. Astronoomid nimetavad seda "kalmistuks".
Kui tähtedel saavad otsa kõik muud elemendid, mida nad saavad oma tuumas toota, satuvad nad "tähekalmistule". Kus on väga palav, aga väga-väga hämar.
Mihhail Lisakov
Kuidas toimub tähtede evolutsioon?
Räägime nüüd üksikasjalikumalt sellest, millised sündmused toimuvad pika tähe elu jooksul.
Astronoomid nimetavad kõiki tähtede oleku muutusi tähtede evolutsiooniks. Tal pole peaaegu midagi ühist bioloogiline evolutsioon. Ainus kokkusattumus on see, et mõlemad protsessid kestavad miljoneid ja miljardeid aastaid.
Tähtede evolutsioon on iga valgusti täielik elutsükkel. Selle aja jooksul muutub täht tundmatuseni. Kuid millised muutused teda ees ootavad, sõltub massist. Ruumiobjekte on võimalik tinglikult jagada kolme rühma.
1. Väikese massiga tähed
Näiteks Proxima Centauri. Nad sünnivad gaasi-tolmupilves ja neist saavad punased kääbused. Ja siis elavad nad väga kaua muutumatul kujul, kuni vesinik saab otsa. Selline saatus ootab tähte, kui selle mass on umbes 10 korda väiksem kui päike.
2. Tähed, mis on suuruselt võrreldavad Päikesega
Need on raskemad ja huvitavamad objektid. Nende massist piisab järgmise etapi, süsiniku sünteesi heeliumist, alustamiseks südamikus pärast vesiniku põlemist. Selle tulemusena paisuvad nad punase hiiglase suuruseks. Näiteks Päike suureneb selle protsessi tulemusena nii, et see neelab Merkuuri ja Veenuse. Ja siis kasvab see peaaegu Maa orbiidini. See juhtub umbes viie miljardi aasta pärast. On suurepärane, kui inimesed selleks ajaks tee leiavad. eemal olema meie valgusest.
Siis heidab selline täht maha kesta, mis muutub planetaarseks udukoguks. Keskel jääb särav punkt - endine tuum. Ja valgusti kolib tinglikult surnuaeda.
3. massiivsed tähed
Nende mass on rohkem kui 10 korda suurem kui päike. Nad elavad kiiresti ja muutuvad lõpuks ükskõik kummaks must aukvõi neutrontäheks. Räägime üksikasjalikumalt, kuidas toimub tohutute valgustite evolutsioon.
Päikesele jääb süsinikust valmistatud valge kääbus. Kui see täielikult jahtub ja süsinik kristalliseerub, saate põhimõtteliselt Maa suuruse teemandi.
Mihhail Lisakov
Kuidas tekivad neutrontähed ja mustad augud?
Väga rasketes tähtedes võimaldavad temperatuur ja rõhk termotuumareaktsioonil jätkuda kuni raua moodustumise faasini. Seetõttu meenutavad hiiglaste tuumad oma struktuurilt sibulat. Nende keskel on raud, seejärel ränikiht, hapnik, neoon jne.
Kui kogu aine muutub rauaks, lülitatakse termotuumasünteesi mootor välja. Edasi töötamine on tal juba energeetiliselt kahjumlik. Seetõttu tähe kiirgus peatub. Aga gravitatsiooni jäänused.
Ja siis sunnib gravitatsioon kõik välimised kihid kokku varisema ja keskpunkti poole lendama.
Siis plahvatab täht nagu supernoova. Kuid siin on kaks võimalust:
- Kvantjõud peatavad kokkuvarisemise protsessi. Plahvatuse järel järelejäänud täheaine tihedus muutub nii suureks, et elektronid surutakse prootonitesse ja selle tulemusena moodustuvad neutraalsed osakesed – neutronid. Kvantefektide tõttu ei lase neutronid gravitatsioonil kokkusurumisprotsessi jätkata. Selle tulemusena tekib neutrontäht – ülikõrge ainetihedusega objekt.
- Gravitatsioon on tugevam kui kvantjõud. Seejärel jätkub kokkuvarisemise protsess, kuni objekt muutub mustaks auguks.
On müüt, et mustad augud neelavad järk-järgult kogu aine Universum. Aga ei ole.
Juhtub, et tähed sünnivad ja elavad paarikaupa. Kujutage ette, et üks muutus mustaks auguks ja teisest punane hiiglane. Siis tõmbab esimene aine aeglaselt teisest välja. Musta augu ümber moodustub kuumade osakeste ketas. Kui selliseid osakesi on liiga palju, jälgime vastupidist protsessi.
Teatud tingimustel võib must auk hakata ainejugasid välja paiskama. See tähendab, et põhimõtteliselt pole musta augu “toitmine” nii lihtne. Ja hirme, et mustad augud imevad endasse kogu universumi aine, ei kinnita miski tugevalt.
Mihhail Lisakov
Kust tuli universumist kuld ja muud raskemetallid?
Saime teada, et raud ja kergemad elemendid sünteesitakse tähe sees toimuva termotuumareaktsiooni käigus. Vaatame, kuidas tekivad rauast raskemad elemendid.
See nõuab täiendavaid neutroneid ja seda suurtes kogustes. Teatud tingimustel saab neid "suruda" kergema elemendi aatomi tuuma. Selle tulemusena võivad neutronid beeta-lagunemise protsessis elektrone kaotada. Siis muutuvad neutraalsed osakesed prootoniteks ja aatomi laeng suureneb. See tähendab, et seerianumber suureneb - element muutub raskemaks.
Tekib küsimus: kust saada nii palju vabu neutroneid. Varem usuti, et tohutu hulk neist ilmub pärast supernoova plahvatusi. Kuid 2017. aastal said teadlased jälgida teist protsessi – kahe neutrontähe ühinemist. Tulemuseks on üks objekt ja palju prahti. Selle tulemusena tekib nendest fragmentidest "tsunami", mis koosneb puhastest neutronitest. Sellise voolu tihedus on üsna suur - see on võrreldav tihedusega vesi.
Palju neutroneid "surutakse" igasse aatomisse, mis selle voolu teel kokku puutub. Seejärel lagunevad need prootoniteks ja elektronideks ning selle tulemusena saadakse raskemad elemendid. Näiteks, kullast.
Tänapäeval teavad teadlased, et enamik meie universumi raskmetalle tekkis just sel viisil.
Varem võis öelda: kujutage ette, poisid, siin on teil kuldsed rõngad – need kõik sündisid supernoova plahvatuse käigus. Ja nüüd ma ütlen teile seda: siin on teil ehted – neis olev kuld sündis kahe neutrontähe ühinemise käigus. Minu meelest on see väga lahe.
Mihhail Lisakov
Loe ka🧐
- 12 kõige naeruväärsemat võltsimist kosmose kohta
- Bioloog Mihhail Nikitin: kuidas tõestada, et elu Maal tekkis iseenesest
- Kas on tõsi, et universum on liiga keeruline ja seda on mõttetu uurida: astrofüüsik lükkab ümber levinud müüdid