Астрономія, авіація, космонавтика > Виникнення зір

Виникнення зір

ВИНИКНЕННЯ ЗІР

План

Відкриття міжзоряної речовини

У гру вступають фізики

Знайдено молоді зірки

З чого утворюються зірки

Життя чорної хмари

Хмара стає зіркою

"Перший крик" новонародженої зірки

Які зірки народжуються

Молоді зоряні колективи

Народження зірок - процес таємничий, схований від наших очей, навіть озброєних телескопом. Лише в середині ХХ у, астрономи зрозуміли, що не всі зірки народилися одночасно в далеку епоху формування Галактики, що й у наш час з'являються молоді зірки. У 60 - 70-і рр. була створена найперша, ще дуже груба теорія утворення зірок. Пізніше нова спостережлива техніка - інфрачервоні телескопи і радіотелескопи міліметрового діапазону - значно розширила наші знання про зародження і формування зірок. А починалося вивчення цієї проблеми ще в часи Коперника, Галілея і Ньютона.

Відкриття міжзоряної речовини

Газові хмари виглядають на небі як туманні цятки. Н. Пейреск у 1612 р. уперше згадав про Велику туманність Оріона. В міру удосконалювання телескопів були виявлені й інші туманні плями. У каталозі Шарля Мессьє (1783 р.) їх описано 103, а в списках Вільяма Гершеля (1818 р.) відзначено вже 2500 об'єктів "не зоряного виду". Нарешті, у "Новому загальному каталозі туманностей і зоряних скупчень" Джона Дрейера (1888 р.) значиться 7840 незіркових об'єктів.

Протягом трьох сторіч туманності, особливо спіральні, рахувалися порівняно близькими утвореннями, пов'язаними з формуванням зірок і планет. Гершель, наприклад, був абсолютно упевнений, що він не тільки знайшов множину хмар дозіркової речовини, але навіть власними очима бачить, як ця речовина під дією тяжіння поступово змінює свою форму і конденсується в зірки.

Як пізніше з'ясувалося, деякі туманності дійсно пов'язані з народженням зірок. Але в більшості випадків світлі туманні плями виявилися не газовими хмарами, а дуже далекими зоряними системами. Так що оптимізм астрономів був передчасним і шлях до таємниці народження зірок стояв ще довгий.

У гру вступають фізики

До середини XIX в. фізики могли застосувати до зірок газові закони і закон збереження енергії. З одного боку, вони зрозуміли, що зірки не можуть світити вічно. Джерело їхньої енергії ще не було знайдено, але, яким би воно не виявилося, все рівно вік зірки відмірений і на зміну старим повинні народжуватися нові зірки.

З іншого боку, ті яскраві і гарячі хмари міжзоряного газу, що змогли виявити астрономи у свої телескопи, явно не улаштовували фізиків як гадана речовина майбутніх зірок. Адже гарячий газ прагне розширюватися під дією внутрішнього тиску. І фізики не були впевнені, що гравітація зможе перемогти тиск газу.

Отже, що ж переможе - тиск або гравітація? У 1902 р. молодий англійський фізик Джеймс Джинс уперше досліджував рівняння руху газу з урахуванням гравітації і знайшов, що вони мають два рішення. Якщо маса газу мала і його тяжіння слабке, а нагрітий він достатньо сильно, то в ньому поширюються хвилі стиску і розрідження - звичайні звукові коливання. Але якщо хмарка газу масивна і холодна, то тяжіння перемагає газовий тиск. Тоді хмара починає стискуватися як ціле, перетворюючись у щільну газову кулю - зірку. Критичні значення маси (Мj) і розміру (Кj) хмари, при яких воно втрачає стійкість і починає нестримно стискуватися - коллапсувати, із тих пір називають джинсовскими.

Проте в часи Джинса і навіть набагато пізніше астрономи не могли вказати той газ, із якого формуються зірки. Поки вони шукали дозіркову речовину, фізики нарешті зрозуміли, чому зірки світять. Дослідження атомного ядра і відкриття термоядерних реакцій дозволили пояснити причину тривалого світіння зірок.

Знайдено молоді зірки

Виявилося, що чим масивніша зірка, тим яскравіше вона світить і, виходить, швидше спалює своє термоядерне пальне. Максимальний вік масивних зірок спектральних класів О и В складає 10 - 30 млн років. Це дуже мало в порівнянні з віком інших об'єктів Галактики. Отже, ці зірки народилися зовсім нещодавно і не могли далеко піти від місця свого народження. Одне з таких місць - туманність Оріона - знайомо кожному аматору астрономії.

Велика туманність Оріона (М 42 по каталозі Мессьє) - яскрава емісійна туманність, тобто випромінює світло, видима неозброєним оком як бліда пляма в Мечі Оріона. Вона віддалена від Землі на 1500 світлового років і містить скупчення дуже молодих зірок. У центральної, найбільше яскравої її частини знаходяться чотири масивні гарячі зірки спектрального класу О - відомі Трапеція Оріона. Потужне ультрафіолетове випромінювання молодих зірок викликає світіння розрідженого газу туманності. Але самий цей газ занадто гарячий, щоб із нього могли формуватися зірки. Пошуки дозіркової речовини продовжувалися.

З чого утворюються зірки

Ще Гершель виявив на фоні Чумацького Шляху темні провали, що він називав "дірами в небі". Наприкінці XIX в. у Лікскій обсерваторії (США) астроном Едуард Барнард почав систематичне фотографування неба. До 1913 р. він знайшов біля 200 темних туманностей. На його думку, вони являли собою хмари матерії, що поглинають світло, а зовсім не проміжки між зірками, як вважав Гершель.

Це припущення підтвердилося. Коли поруч із хмарою міжзоряного газу або усередині нього немає гарячої зірки, газ залишається холодним і не світиться. Якби хмара містила тільки газ, його могли б і не помітити. Але крім газу в міжзоряному середовищі в невеличкій кількості (біля 1% по масі) є дрібні тверді частки - порошини розмірами біля 1 мкм і менше, що поглинають світло далеких зірок. Тому-то холодна хмара і здається темним «провалом у небі». Детальне вивчення Чумацького Шляху показало, що дуже часто такі «провали» зустрічаються в областях зіркоутворень, подібних туманності Оріона.

У 1946 р. американський астроном Барт Бок виявив на фоні світлих туманностей NGC 2237 у Єдинорозі і NGC 6611 у Щиті маленькі чорні плями, що назвав глобулами. Розмір їх від 0,01 до 1 пк. Вони послабляють світло лежачих за ними зірок у десятки і сотні разів. Це значить, що речовина глобул у тисячі разів щільніше навколишнього їхнього газу. Їхня маса оцінюється в межах від 0,01 до 100 мас Сонця.

Після відкриття глобул з'явилося переконання, що хмари, що стискаються дозіркової матерії вже знайдені, що вони і є безпосередніми попередниками зірок. Але незабаром стала очевидною квапливість такого висновку.

Справа в тому, що оптичні телескопи не дають повного уявлення про міжзоряне середовище: за їх допомогою ми бачимо лише гарячі хмари, нагріті масивними зірками (як туманність Оріона), або маленькі темні глобули на світлому фоні. І ті й інші - досить рідкісні утворення. Тільки створені в 50-і рр. радіотелескопи дозволили виявити по випромінюванню в лінії 21 см атомарний водень, що заповнює майже весь простір між зірками.

Це дуже розріджений газ: приблизно один атом у кубічному сантиметрі простору (по мірках земних лабораторій - найвищий вакуум!) Але оскільки розмір Галактики величезний, у ній набирається біля 8 млрд сонячних мас міжзоряного газу, або приблизно 5% від її повної маси. Міжзоряний газ більш ніж на 67% (по масі) складається з водню, на 28% із гелію, і менше 5% припадає на всі інші елементи самі числені серед яких - кисень, вуглець і азот.

Міжзоряного газу особливо багато поблизу площини Галактики. Майже весь він зосереджений у прошарку товщиною 600 світлових років і діаметром біля 30 кпк або 100 тис. світлових років (це діаметр гапактичного диску). Але й у такому тонкому прошарку газ розподілений нерівномірно. Він концентрується в спіральних рукавах Галактики, а там розбитий на окремі значні хмари протяжністю в парсеки і навіть у десятки парсек, а масою в сотні і тисячі мас Сонця. Щільність газу в них порядку 100 атомів на кубічний сантиметр, температура біля -200 С. Виявилось, що критичні маса і радіус Джинса за таких умов майже збігаються з масою і радіусом самих хмар, а це значить, що вони готові до колапсу. Але головне відкриття було ще попереду.

1	2	3

Назва: Виникнення зір
Дата публікації: 2006-02-03 (2089 прочитано)