Как умират звездите - списание - Всичко за космоса
Как умират звездите
Предопределени сме да живеем в млада Вселена, пълна с млади звезди. Всички те трябва да преминат през няколко етапа на звездна еволюция - да изгорят водород в дълбините си и да експлодират или бавно да изстинат. Когато светът стане хиляда пъти по-стар, отколкото е сега, мистериозни черни джуджета или черни дупки ще се появят на мястото на някога ярки светила, а някои звезди са предназначени просто да се разпръснат в космическата празнота.
Ако някъде във Вселената се натрупа достатъчно материя, тя се свива в плътна буца, в която започва термоядрена реакция. Ето как светят звездите. Първият е пламнал в мрака на младата Вселена преди 13,7 милиарда (13,7 * 10 9 ) години, а нашето Слънце – само преди около 4,5 милиарда години. Животът на звездата и процесите, които се случват в края на този период, зависят от масата на звездата.
Докато термоядрената реакция на превръщане на водород в хелий продължава в звездата, тя е в главната последователност. Времето, което една звезда прекарва в главната последователност, зависи от масата: най-големите и най-тежки бързо достигат стадия на червен гигант и след това напускат главната последователност в резултат на експлозия на свръхнова или образуване на бяло джудже.
Съдбата на великаните
Най-големите и масивни звезди изгарят бързо и експлодират в свръхнови. След експлозия на свръхнова остава неутронна звезда или черна дупка, а около тях има материя, изхвърлена от колосалната енергия на експлозията, която след това се превръща в материал за нови звезди. От най-близките ни звездни съседи такава съдба очаква например Бетелгейзе, но когато избухне, е невъзможно да се изчисли.
Неутронната звезда е ужасно физическо явление. Ядрото на експлодираща звезда е компресирано - подобно на газ в двигателвътрешно горене, само в много голяма и ефективна: топка с диаметър стотици хиляди километри се превръща в топка с диаметър от 10 до 20 километра. Силата на компресия е толкова голяма, че електроните падат върху атомните ядра, образувайки неутрони - оттук и името.
Плътността на материята при такова компресиране се увеличава с около 15 порядъка, а температурата се повишава до невъобразимите 10 12 K в центъра на неутронната звезда и 1 000 000 K в периферията. Част от тази енергия се излъчва под формата на фотонно лъчение, а част се отнася от неутриното, което се образува в ядрото на неутронната звезда. Но дори поради много ефективно охлаждане на неутрино, неутронната звезда се охлажда много бавно: отнема 10 16 или дори 10 22 години, за да изчерпи напълно енергията. Трудно е да се каже какво ще остане на мястото на охладена неутронна звезда, но е невъзможно да се наблюдава: светът е твърде млад за това. Има предположение, че на мястото на охладена звезда отново се образува черна дупка.
Съдбата на звездите от среден мащаб
Други, по-малко масивни звезди остават на главната последователност по-дълго от най-големите, но когато я напуснат, умират много по-бързо от техните неутронни роднини. Повече от 99% от звездите във Вселената никога няма да експлодират и няма да се превърнат нито в черни дупки, нито в неутронни звезди - техните ядра са твърде малки за подобни космически драми. Вместо това звездите със средна маса се превръщат в червени гиганти в края на живота си, които в зависимост от масата се превръщат в бели джуджета, експлодират, напълно се разсейват или стават неутронни звезди.
Сега белите джуджета съставляват от 3 до 10% от звездното население на Вселената. Тяхната температура е много висока - повече от 20 000 K, повече от три пъти температурата на повърхността на Слънцето - но все пакпо-малък от този на неутронните звезди, а поради по-ниската температура и по-голямата площ белите джуджета изстиват по-бързо - за 10 14 - 10 15 години. Това означава, че през следващите 10 трилиона години – когато Вселената ще бъде хиляда пъти по-стара, отколкото е сега – във Вселената ще се появи нов тип обект: черно джудже, охлаждащ продукт на бяло джудже.
Засега в космоса няма черни джуджета. Дори най-старите охлаждащи звезди досега са загубили максимум 0,2% от енергията си; за бяло джудже с температура 20 000 K това означава охлаждане до 19 960 K.
За най-малките
Още по-малко се знае какво се случва, когато най-малките звезди, като най-близкия ни съсед, червеното джудже Проксима Кентавър, се охладят, отколкото за свръхновите и черните джуджета. Термоядреният синтез в техните ядра е бавен и те остават на главната последователност по-дълго от останалите - според някои изчисления до 10 12 години, а след това, вероятно, ще продължат живота си като бели джуджета, тоест ще светят още 10 14 - 10 15 години, преди да се превърнат в черно джудже.