"Solen kommer att lämna en diamant lika stor som jorden." Astronomen Mikhail Lisakov - om stjärnornas utveckling
Miscellanea / / July 27, 2023
Liksom den biologiska håller den i miljontals år, men den ger inte upphov till nya typer av organismer, utan i synnerhet guld.
Det finns många myter som astronomer ofta möter. Till exempel är många säkra på att Jupiter en dag kan förvandlas till en stjärna. Och varje stjärna kommer att explodera i slutet av sitt liv.
Fysikern och astronomen Mikhail Lisakov berättade på forumet "Scientists vs. Myths", vilken livsväg varje stjärna går igenom. Han klargjorde också vad som kommer att hända med vår sol i slutet av evolutionen, och förklarade varför guld är en kosmisk metall. Detta forum är värdANTROPOGENESIS.RU"- lade upp en video på deras Youtube-kanal. Och Lifehacker sammanfattade föreläsningen.
Mikhail Lisakov
Kandidat för fysikaliska och matematiska vetenskaper, seniorforskare vid Laboratory of Extragalactic Radio Astronomy vid Astrospace Center of FIAN. Författare till mer än 40 vetenskapliga artiklar.
Vilken himlakropp kan betraktas som en stjärna
Det finns en lättsinnig formulering: en stjärna är ett föremål från vilket vi ser strålar.
Egentligen är detta inte riktigt ett skämt. Om vi tittar på fotografier av rymden tagna med teleskop kommer vi att se disiga moln och ljusa prickar. Små dimfläckar är galaxer. Ljuspunkter med flera strålar är stjärnor.
Det optiska systemet i ett modernt teleskop är utformat på ett sådant sätt att när ljuset bryts i ett foto, uppträder faktiskt strålar i stjärnorna. Men på antika himmelskartor, när det inte fanns några sådana teleskop, avbildade människor stjärnor på samma sätt.
För att förstå vad hemligheten är, genomförde forskare en liten studie. De lyste in i människors ögon med en liten men ljus källa och tog bilder näthinnan. Det visade sig att alla försökspersoner på näthinnan producerade väldigt lika bilder. Det vill säga ett tydligt centrum och ett moln av tunna linjer som skär varandra vid denna punkt. Så det stämmer: stjärnor är ljusa himlakroppar som har strålar.
Och nu på allvar. För att förstå hur en stjärna skiljer sig från andra rymd föremålLåt oss ta en titt på dess centrum. Det finns en kärna i vilken en termonukleär reaktion kontinuerligt pågår. Som ett resultat förvandlas lätta element till tyngre och energi frigörs på grund av denna övergång. Den överförs till stjärnans yttre skikt. Till exempel genom att blanda stora massor av materia. Den här processen ser ut kokande vatten i en kastrull. Det är så vi ser vår sols yta.
En kontinuerlig termonukleär reaktion är det främsta kännetecknet för en stjärna.
För en sådan fusion är det nödvändigt att föra positivt laddade partiklar, protoner, mycket nära varandra. För att stödja denna process krävs mycket hög temperatur och tryck. Och som ett resultat av reaktionen erhålls en heliumatom från två väteatomer eller fyra protoner.
Men det är känt att fyra protoner väger mer än denna atom. Så du måste förstå var skillnaden går.
I vårt universum känner vi inte till processer som skulle kunna ta bort massa eller energi så att den försvinner. Det händer inte. I fusionsprocesserna föds några nya partiklar som neutriner och energi frigörs. På grund av detta lyser faktiskt stjärnorna.
Mikhail Lisakov
Om tre heliumatomer kolliderar, bildas en kolatom som ett resultat av termonukleär fusion. Men detta kräver en ännu högre temperatur. Processen stannar dock inte heller vid kol. Sedan börjar syre syntetiseras, sedan magnesium. Och så vidare ner till järn. Syntesen av tyngre grundämnen i kärnan av en stjärna stöds inte längre spontant. Den behöver ytterligare energi utifrån.
Det finns en myt att Jupiter också var tvungen att bli en stjärna, som Sol, men något råkade gå fel. Detta är en myt, eftersom massan av denna planet inte räcker till för att stödja en konstant termonukleär reaktion. Temperaturen och trycket kommer inte att vara tillräckligt högt. Därför kan Jupiter bli en stjärna endast under ett villkor: den kommer att öka sin massa med cirka 15 gånger. Men detta är omöjligt.
Hur är stjärnorna?
Om du tittar på natthimlen en klar dag kan du se olika typer av stjärnor:
- Ljusa eller svaga. Förr trodde man att desto mindre synligt stjärnor de är bara längre bort från oss. Men sedan lärde sig astronomer att mäta avstånd till rymdobjekt. Och de fick reda på att ljusstyrkan på armaturerna inte beror på deras avstånd, utan på deras kraft. För vissa stjärnor är denna parameter verkligen större än för andra.
- Flerfärgad - blå, gul, rödaktig, vit. Olika nyanser av stjärnor är inte heller en illusion. Var och en av dem har sin egen strålningstemperatur.
Forskare har byggt en graf där den horisontella axeln är stjärnans temperatur, eller dess färg. Den vertikala axeln är ljusstyrka, ljusmättnad. Sedan sätter vi alla kända stjärnor på denna graf. Och de såg att de flesta av dem var placerade diagonalt - från de mest kraftfulla och hetaste blå jättarna till små röda dvärgar. Denna diagonal kallades för huvudsekvensen.
Alla stjärnor som för närvarande bränner väte i centrum och förvandlar det till helium är på denna raka linje.
Mikhail Lisakov
Massiva och ljusa, hetare stjärnor finns i den blå delen av spektrumet. Det är väldigt få av dem, och de lever relativt kort tid. Men i den vänstra, röda delen av spektrumet ser vi mycket fler stjärnor. Deras massa är mycket mindre, de är kallare och lyser svagt. Men deras livstid är mycket längre än de blå jättarnas. Solen är närmare mitten - i den gula delen av spektrumet.
Men det finns några fler områden på diagrammet. Tänk på de ovanför Main Sequence. Stjärnor kommer dit, där allt väte har upphört, det vill säga bränt ut, i processen med termonukleär fusion. Det visar sig vara ett slags "vårdhem" för stjärnorna - en plats där armaturerna faller vid sitt livs solnedgång. Fusionsreaktionen pågår fortfarande i dem och lättare element fortsätter att förvandlas till tunga.
Men det finns ett annat ganska märkbart område av stjärnhopar - under huvudsekvensen. Astronomer kallar det "kyrkogården".
När stjärnorna tar slut på alla andra grundämnen som de kan producera i sina kärnor, hamnar de på "stjärnkyrkogården". Där de är väldigt varma, men väldigt, väldigt mörka.
Mikhail Lisakov
Hur sker stjärnevolutionen?
Låt oss nu prata mer i detalj om vilka händelser som inträffar i ett långt stjärnliv.
Astronomer kallar alla förändringar i stjärnornas tillstånd för stjärnevolution. Hon har nästan ingenting gemensamt med biologisk evolution. Den enda slumpen är att båda processerna fortsätter i miljoner och miljarder år.
Stjärnutveckling är en komplett livscykel för varje armatur. Under denna tid förändras stjärnan till oigenkännlighet. Men vilken typ av förändringar som väntar henne beror på massan. Det är möjligt att villkorligt dela upp rymdobjekt i tre grupper.
1. Stjärnor med låg massa
Till exempel Proxima Centauri. De föds i ett gasdammmoln och blir röda dvärgar. Och sedan lever de väldigt länge i oförändrat tillstånd, tills de får slut på väte. Ett sådant öde väntar en stjärna om dess massa är cirka 10 gånger mindre än solen.
2. Stjärnor jämförbara i storlek med solen
Det är tyngre och mer intressanta föremål. Deras massa är tillräckligt för att nästa steg, syntesen av kol från helium, ska börja i kärnan efter förbränning av väte. Som ett resultat sväller de till storleken av en röd jätte. Till exempel kommer solen, som ett resultat av denna process, att öka så att den kommer att svälja Merkurius och Venus. Och sedan kommer den att växa nästan till jordens omloppsbana. Detta kommer att hända om cirka fem miljarder år. Det kommer att vara fantastiskt om folk hittar en väg då. Vara borta från vårt ljus.
Sedan fäller en sådan stjärna ett skal, som förvandlas till en planetarisk nebulosa. I centrum återstår en lysande punkt - den tidigare kärnan. Och armaturen flyttar villkorligt till kyrkogården.
3. massiva stjärnor
Deras massa är mer än 10 gånger större än solen. De lever snabbt och förvandlas till slut till antingen svart håleller in i en neutronstjärna. Vi kommer att prata mer i detalj om hur utvecklingen av enorma armaturer sker.
Solen kommer att lämnas med en vit dvärg gjord av kol. När det svalnar helt och kolet kristalliseras får du i princip en diamant i storleken på jorden.
Mikhail Lisakov
Hur uppstår neutronstjärnor och svarta hål?
I mycket tunga stjärnor tillåter temperaturen och trycket den termonukleära reaktionen att fortsätta upp till järnbildningsstadiet. Därför, i sin struktur, liknar jättarnas kärnor lök. I själva mitten har de järn, sedan ett lager av kisel, syre, neon och så vidare.
När all materia förvandlas till järn stängs fusionsmotorn av. Det är redan energiskt olönsamt för honom att jobba vidare. Därför stannar stjärnans strålning. Men allvar resterna.
Och sedan tvingar gravitationen alla yttre skikt att kollapsa och flyga mot mitten.
Sedan exploderar stjärnan som en supernova. Men det finns två alternativ här:
- Kvantkrafter kommer att stoppa kollapsprocessen. Tätheten av stjärnmaterialet som finns kvar efter explosionen kommer att bli så hög att elektronerna kommer att pressas in i protonerna och som ett resultat bildar neutrala partiklar - neutroner. På grund av kvanteffekter kommer neutroner inte att tillåta gravitationen att fortsätta kompressionsprocessen. Som ett resultat bildas en neutronstjärna - ett föremål med extremt hög densitet av materia.
- Tyngdkraften är starkare än kvantkrafterna. Sedan fortsätter kollapsprocessen tills föremålet förvandlas till ett svart hål.
Det finns en myt att svarta hål gradvis kommer att absorbera all materia Universum. Men det är inte.
Det händer att stjärnor föds och lever i par. Föreställ dig att den ena förvandlades till ett svart hål och den andra blev en röd jätte. Då kommer den första sakta att dra ämnet från den andra. En skiva av heta partiklar bildas runt ett svart hål. Om det finns för många sådana partiklar kommer vi att observera den omvända processen.
Under vissa förhållanden kan ett svart hål börja kasta ut strålar av materia. Det vill säga i princip att "mata" ett svart hål är inte så lätt. Och rädslan för att svarta hål kommer att suga in all materia i universum, i allmänhet, bekräftas inte starkt av någonting.
Mikhail Lisakov
Varifrån kom guld och andra tungmetaller i universum?
Vi fick reda på att järn och lättare grundämnen syntetiseras i processen för en termonukleär reaktion inuti en stjärna. Låt oss se hur grundämnen som är tyngre än järn bildas.
Detta kräver ytterligare neutroner, och i stora mängder. Under vissa förhållanden kan de "skjutas" in i kärnan av en atom av ett lättare element. Som ett resultat kan neutroner förlora elektroner i processen med beta-sönderfall. Då kommer de neutrala partiklarna att förvandlas till protoner och atomens laddning ökar. Detta innebär att det kommer att bli en ökning av serienumret - elementet kommer att förvandlas till ett tyngre.
Frågan uppstår: var kan man få tag i så många fria neutroner. Tidigare trodde man att ett stort antal av dem dyker upp efter supernovaexplosioner. Men 2017 kunde forskare observera en annan process - sammanslagning av två neutronstjärnor. Resultatet är ett föremål och mycket skräp. Som ett resultat uppstår en "tsunami" från dessa fragment, som består av rena neutroner. Tätheten för ett sådant flöde är ganska stor - den är jämförbar med densiteten vatten.
Många neutroner "knuffas" in i vilken atom som helst som möts på denna ströms väg. Sedan sönderfaller de till protoner och elektroner, och som ett resultat erhålls tyngre grundämnen. Till exempel, guld.
Idag vet forskarna att de flesta av tungmetallerna i vårt universum bildades på detta sätt.
Tidigare kunde man säga: tänk er, killar, här har ni guldringar – de föddes alla under en supernovaexplosion. Och nu ska jag berätta det här: här har du smycken - guldet i dem föddes under sammanslagningen av två neutronstjärnor. Jag tycker det är väldigt coolt.
Mikhail Lisakov
Läs också🧐
- 12 mest löjliga förfalskningar om rymden
- Biolog Mikhail Nikitin: hur man bevisar att livet på jorden uppstod av sig självt
- Är det sant att universum är för komplext och det är meningslöst att studera det: astrofysiker skingra populära myter