2. Эволюция звезд
Рассмотрим холодное межзвездное облако пыли и газа с массой, примерно равной массе нашего Солнца, и размерами, достигающими размеров современной Солнечной системы. Равновесие внутри такого облака может быть внезапно нарушено, и все его частицы с ускорением свободного падения устремятся к центру. Произойдет коллапс – стремительное сжатие. Коллапсирующее облако всего за половину земного года уменьшится до размеров, которые лишь в 100 раз превышают нынешние размеры Солнца. Это уже не облако газо-пылевой материи, а рождающаяся звезда. Освобождение огромного количества внутренней энергии облака приводит к его разогреву.
Во второй фазе своей эволюции формирующаяся звезда быстро вращается, из ее недр вырываются мощные струи вещества. Постепенно размеры такой звезды сокращаются до размеров Солнца, утечка вещества из недр замирает, температура недр достигает значения в 10 млн. градусов, и термоядерная реакция перехода водорода в гелий становится основным источником излучаемой звездной энергии. Молодая звезда полностью сформировалась: она достигла третьей, стабильной стадии своего существования, в которой может спокойно находиться несколько миллиардов лет. Температура поверхности и истинная яркость этой звезды теперь полностью соответствуют характеристикам звезд главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Рессела.
По мере сгорания водорода температура и давление в недрах звезды увеличиваются. В звезде начинают выделяться очень плотное ядро и разреженная оболочка. Остатки водорода выгорают на границе оболочки и ядра. При этом оболочка непрерывно раздувается и температура на поверхности звезды снижается. Эта звезда – красный гигант.
Жизнь звезды – это поединок двух противоборствующих сил. Давление горячих газов постоянно стремится увеличить размеры звезды. Гравитационные силы взаимного притяжения всех составляющих звезду частиц вещества стремятся сжать ее как можно больше. Звезда остается в обычном «уравновешенном» состоянии, пока стремление горячих газов к расширению и гравитационное сжатие взаимно компенсируются. В результате выгорания водородного «топлива» действие гравитационных сил оказывается резко преобладающим. Тогда наступает стремительное сжатие звезды.
Теория рассматривает три варианта «агонии» старых звезд.
1. Пусть масса звезды меньше 1,2 массы Солнца. Красный гигант в короткий срок растрачивает остатки водорода. Оболочка рассеивается в пространстве. Небольшое ядро наблюдается теперь как очень плотная и горячая звезда – белый карлик. Вещество белых карликов состоит из стиснутых атомных ядер и электронов.
2. Если исходная масса звезды превосходила массу Солнца более, чем в 1,2 раза, то звезда сжимается до состояния нейтронной звезды. Недра подобной звезды должны состоять из нейтронов. Нейтронная звезда покрыта твердой кристаллической корой толщиной порядка одного километра. Так велика сила тяготения на этой звезде, что самая крупная гора на ее поверхности не смогла бы подняться выше 2,5 см. Нейтронная звезда становится как бы одним цельным атомным ядром фантастических размеров. Плотность нейтронных звезд заключается в пределах от 1012до 1015г/см3.
3. Третий теоретически возможный вариант звездной «кончины» представляет собой гравитационное сжатие звезд с массой больше двух масс Солнца. Вокруг них в результате гравитационного сжатия возникает настолько сильное искривление пространства, что электромагнитное излучение вообще не в силах вырваться за пределы этого объекта. Звезды, претерпевающие такое сжатие, становятся невидимыми. Благодаря своему чудовищному гравитационному полю «черная дыра» захватывает и поглощает все проходящее мимо излучение.
Черная дыра – это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть ее не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света.
Граница этой области называется горизонтом событий, а ее радиус (если она сферически симметрична) – гравитационным радиусом.