Процессы звездообразования

Чт, 06/26/2014 - 17:56

Звезды рождаются в массивных плотных облаках молекулярного водорода, насыщенных пылью, так как только твердые частички и молекулы могут эффективно излучать энергию, возникающую при постепенном сжатии вещества, что позволяет ему охлаждаться и сжиматься дальше. Горячее вещество само по себе не сжимается, а напротив, норовит разлететься в разные стороны, и для образования звезд необходим эффективный механизм охлаждения. Такой имеется только в плотных молекулярных облаках.

Одно такое облако — так называемое околоядерное молекулярное кольцо — существует и в окрестностях Sgr A*. Это образование, открытое еще 25 лет назад, простирается на расстояние от 6 до 25 световых лет от черной дыры — в рамках нашей аналогии оно оказалось бы размером примерно с купол Сенатского дворца. Вероятно, это облако является далеко не первым и не последним в истории галактического центра: молекулярные облака, во множестве путешествующие по Галактике, время от времени должны попадать в окрестности черной дыры и удерживаться там ее гравитацией.

Казалось бы, именно они и могут стать источником звездного изобилия в самом сердце Млечного Пути. Тем не менее расчеты показывали, что звезды в нем рождаться не могут.

Причина в приливных силах, с которыми черная дыра действует на зарождающиеся молодые звезды в облаке. Край зародыша, который смотрит на дыру, она притягивает чуть сильнее, чем противоположный, поскольку сила тяготения ослабевает с расстоянием; в итоге приливная сила пытается разорвать зарождающуюся звезду. В принципе, приливной эффект здесь в несколько миллиардов раз слабее, чем тот, что на воды земных океанов оказывают Солнце и Луна. Однако детальное моделирование показывало, что даже этого напряжения тонко сбалансированный механизм звездообразования не может перенести. Добавляют свой вклад в приливы и обилие массивных звезд, уже находящихся в окрестностях черной дыры.

Похоже, теоретикам от астрономии придется что-то подправить в своих расчетах. Как выяснилось, процесс звездообразования в околоядерном молекулярном кольце не только возможен, но уже идет.

Через несколько сотен тысяч или миллионов лет — совсем небольшой по астрономическим меркам интервал времени — вокруг черной дыры засверкает яркий венец из массивных, ярких и очень молодых звезд.

Группа американских и австралийских астрономов под руководством Фархада Юсефа-Заде из американского Северо-западного университета нашла следы мазерного излучения молекул метилового спирта в нескольких уплотнениях этого кольца. Это верный признак самых первых этапов образования звезд. Работа ученых будет вскоре опубликована в Astrophysical Journal Letters.

Мазеры — это такие же квантовые генераторы когерентного излучения, что и лазеры, только производят они не видимый свет, а радиоволны. Собственно, первые «лазеры», сделанные в СССР Басовым и Прохоровым, а в США — Таунсом с коллегами, были на самом деле мазерами. В них атомы и молекулы, которые каким-то внешним воздействием были переведены в возбужденное состояние, синхронно, друг за другом, переходят в основное состояние, испуская идентичные кванты электромагнитного излучения и побуждая (индуцируя) своих соседей делать то же самое, а главное — в унисон. Благодаря такому созвучию амплитуды волн складываются не случайно, а все в одной фазе, и результирующий сигнал получается очень сильным.

Внешним воздействием, переводящим молекулы в возбужденное состояние, в астрономических условиях являются столкновения между ними. Интенсивность столкновений зависит от плотности и температуры, между которыми должен поддерживаться четкий баланс, что и позволяет по мазерным линиям очень точно диагностировать физическое состояние вещества. Мазерное излучение — надежное свидетельство высокой плотности, которая возникает лишь в окрестностях уже формирующихся звезд. Поэтому ученые уверенно заявляют, что звезды здесь уже стремительно образуются. Внимательно изучив спектры, ученые нашли несколько сгустков в облаке, где скоро появятся яркие светила. При этом новорожденные звезды будут достаточно массивными и ярко осветят окрестности черной дыры.

Более того, внимательное изучение линий синильной кислоты, также присутствующей в составе молекулярного облака и очень удобной для радиоастрономических наблюдений, показало присутствие достаточно сильного звездного ветра. Ветер, по мнению Юсефа-Заде и его коллег, выдувают массивные звезды-младенцы, еще не очистившие своим излучением того кокона, в котором образовались всего несколько десятков тысяч лет назад. Пройдет еще несколько десятков тысячелетий, и эти коконы будут прорваны.

Возможно, еще через некоторое время часть сброшенного вещества доберется и до черной дыры, позволив ей снова ярко засиять, как в далеком прошлом. Впрочем, даже наши потомки никакого впечатляющего небесного зрелища не увидят — центр Галактики надежно скрыт от человеческих глаз облаками пыли. Фейерверк разглядят только радио- и инфракрасные телескопы, которые у последователей современных астрономов, хочется надеяться, будут еще совершеннее.

По современным представлениям, формирование звезды начинается с медленного сжатия наиболее плотных областей облаков молекулярного водорода с примесью других газов и пыли. Пыли в этой смеси немного, но именно она позволяет газу эффективно охлаждаться, играя ключевую роль в звездообразовании: образовываться из горячего газа звезды не могут.

В процессе сжатия облако, как правило, фрагментирует на отдельные части, каждая из которых позднее родит звезду или кратную звездную систему. При сжатии каждого фрагмента выделяется потенциальная гравитационная энергия, которая частично излучается, а частично идет на нагрев формирующегося в центре облака ядра. Молодые предзвездные объекты на этом этапе называют протозвездами. Иногда его разделяют на две стадии — стадию протозвезды и стадию звезды типа T Тельца.

Наличие углового момента вращения относительно центра сжатия приводит к формированию протозвездного диска, за счет которого могут значительно увеличиться темпы аккреции вещества на центральный объект. В какой-то момент температура и давление в центре становятся достаточными для запуска ядерной реакции синтеза гелия из дейтерия — тяжелого изотопа водорода, легко вступающего в ядерную реакцию (именно из дейтерия состоит «горючее» водородных бомб). Резкое увеличение выделения энергии значительно замедляет сжатие центрального объекта.
Позднее температура и плотность в центре оказываются достаточными для запуска реакции синтеза гелия непосредственно из легкого изотопа водорода — протия, который составляет основную долю самого распространенного газа; весь дейтерий к тому моменту в центре уже израсходован. Запуск ядерной реакции превращения основного изотопа водорода в гелий знаменует рождение новой звезды

Другие материалы рубрики


  • ...Итак, согласно полученным результатам, в конце первой секунды температура достигла 1010 К — это слишком много для того, чтобы могли существовать сложные ядра. Все пространство Вселенной было тогда заполнено хаотически движущимися протонами и нейтронами, вперемешку с электронами, нейтрино и фотонами (тепловым излучением). Ранняя Вселенная расширялась чрезвычайно быстро, так что по прошествии минуты температура упала до 108 К, а спустя еще несколько минут — ниже уровня, при котором возможны ядерные реакции...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Немного найдется произведений, передающих красоту космических объектов, называемых планетарными туманностями. Освещенные изнутри родительской звездой, расцвеченные флуоресцирующими атомами и ионами на фоне космической черноты, газовые структуры кажутся живыми. Ученые дали им прозвища — Муравей, Морская Звезда, Кошачий Глаз...
    Термин «планетарные туманности» — представляющие собой размытые, похожие на облака объекты, видимые только в телескоп — придумал два столетия назад английский астроном Вильям Гершель (William Herschel), исследователь туманностей. Многие из них имеют округлую форму, которая напомнила ученому зеленоватый диск планеты Уран, им же и открытой. К тому же он полагал, что округлые туманности могут быть планетными системами, формирующимися вокруг молодых звезд. Термин прижился, несмотря на то, что действительность оказалась иной: туманности такого типа состоят из газа, сброшенного умирающими звездами. Примерно через 5 млрд. лет Солнце закончит свой космический век изящным выбросом планетарной туманности, что не вполне соответствует теории эволюции звезд — основе, на которой базируется наше понимание космоса. Если звезды рождаются, живут и умирают круглыми, то как же они создают вокруг себя структуры, которые мы видим на фотографиях «Хаббла», подобные Муравью, Морской Звезде или Кошачьему Глазу?

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Давайте вспомним испытание противоспутникового оружия, проведенное 11 января 2007 года Китаем. Почему оно вызвало беспокойство у специалистов космической отрасли? Ведь с 1968-го по 1986-й США и СССР провели свыше 20 таких же испытаний! И с того времени уже было проведено несколько подобных испытаний?! Дело вовсе не в международной безопасности. Или не только в ней.



  • Варварские наклонности некоторых звезд иногда возмущают. Пока одни отнимают вещество у ближайших тел, другие поступают еще более нагло и жестоко. Они скидывают со звезд газопылевые диски, которые могли бы дать начало новой планетной системе, а то и новым формам жизни. Но не со всех, а лишь с тех, кто решается переступить опасную черту.



  • ...В начале 70-х годов появилось предложение объединить бозоны и фермионы в единую теорию, что, мягко говоря, среди ученых вызвало недоумение, ведь столь различны по своим свойствам эти две группы частиц. Тем не менее, оно возможно, если обратиться к симметрии, более широкой, нежели симметрия Лоренца — Пуанкаре, лежащая в основе теории относительности. Математическая суперсимметрия соответствует извлечению квадратного корня из симметрии Лоренца — Пуанкаре, физически же она соответствует превращению фермиона в бозон и наоборот. Разумеется, в реальном мире невозможно проделать такую операцию, тем не менее, операцию суперсимметрии можно сформулировать математически и можно построить теории, включающие суперсимметрии...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...И тут внимание исследователей привлекла давняя и очень любопытная гипотеза космических струн. Постичь ее трудно, представить наглядно просто невозможно: струны можно только описать сложными математическими формулами. Эти загадочные одномерные образования не излучают света и обладают огромной плотностью — один метр такой "ниточки" весит больше Солнца. А если их масса так велика, то и гравитационное поле, пусть даже растянутое в линию, должно значительно отклонять световые лучи. Однако линзы уже сфотографированы, а космические струны и "черные дыры" пока существуют лишь в уравнениях математиков. Из этих уравнений следует, что возникшая сразу после Большого взрыва космическая струна должна быть "замкнута" на границы Вселенной. Но границы эти так далеки, что середина струны их "не чувствует" и ведет себя, как кусок упругой проволоки в свободном полете или как леска в бурном потоке. Струны изгибаются, перехлестываются и рвутся. Оборванные концы струн тут же соединяются, образуя замкнутые куски. И сами струны, и отдельные их фрагменты летят сквозь Вселенную со скоростью, близкой к скорости света.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Теперь вы должны быть предельно внимательны. Следующие несколько секунд окажутся решающими, поэтому вы включаете высокоскоростную регистрирующую систему для детальной записи всех приходящих сведений. Через 61 с R3D3 сообщает, что все системы пока функционируют нормально, горизонт - на расстоянии 8000 км и приближается со скоростью 15 тыс. км/с. Проходит 61,6 с. Еще все в порядке, до горизонта осталось 2000 км, скорость - 30 тыс. км/с (или 0,1 скорости света, так что цвет излучения начинает меняться все заметнее). А затем, в течение следующей 0,1 с вы с изумлением замечаете, что излучение из зеленого становится красным, инфракрасным, микроволновым, затем приходят радиоволны и наконец все исчезает. Через 61,7 с все кончено - лазерный луч пропал. R3D3 достиг скорости света и исчез за горизонтом.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • Существует небольшой шанс, что через 3,34 миллиарда лет Марс столкнется с Землей. Также есть вероятность столкновения Земли и Венеры или Меркурия и Венеры. Меркурий вообще может упасть на Солнце или улететь в межзвездное пространство. Таковы причуды нашей системы, новые тайны которой раскрыли ученые.
    Подробнейшее численное моделирование эволюции орбит в Солнечной системе выполнили профессор Жак Ласкар (Jacques Laskar) и Микаэль Гастино (Mickael Gastineau) из Парижской обсерватории (Observatoire de Paris).
    Долгое время астрономы полагали, что орбиты планет в Солнечной системе стабильны и неизменны. Потом стали появляться сведения, что на заре зарождения системы орбиты ряда планет сильно отличались от нынешних и претерпевали большие изменения, прежде чем все «устоялось».



  • ...Среди прочих лептонов в 1936 году, среди продуктов взаимодействий космических лучей, был открыт мюон. Он оказался одной из первых известных нестабильных субатомных частиц, которая во всех отношениях, кроме стабильности, напоминает электрон, то есть имеет тот же заряд и спин и участвует в тех же взаимодействиях, но имеет бóльшую массу. Примерно за две миллионные доли секунды мюон распадается на электрон и два нейтрино. На долю мюона приходится значительная часть фонового космического излучения, которое регистрируется на поверхности Земли счетчиком Г. Гейгера...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • ...Новая теория позволила сформулировать идеи, допускавшие экспериментальную проверку. В результате этих работ была предсказана новая разновидность света, состоящая не из обычных фотонов, а из загадочных Z–частиц. В окрестностях Женевы в 1983 году в серии экспериментов, исследующих столкновения частиц высоких энергий на ускорителе, были обнаружены Z–частицы, то есть единая теория поля получила подтверждение. Теоретики к этому времени сформулировали амбициозную теорию, объединяющую с электромагнитным и слабыми взаимодействиями еще один тип ядерных сил — сильное взаимодействие. Кроме того, были получены первые результаты исследований в области гравитации, показывавшие, каким образом гравитационное взаимодействие можно было бы объединить с другими типами взаимодействий...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6