Как происходит эволюция звезд?

123
1
0
26 июля
15:05
июль
2016

Обычные звёзды т.н. главной последовательности в самом начале жизни состоят в основном (~75%) из водорода, остальная часть - это гелий и совсем немного (<1%) более тяжелых элементов, вплоть до железа. 

Обычно подразделяют два типа звёзд главной последовательности: с массами меньше 1.3 масс Солнца и больше

  • Те, что меньше, в частности наше Солнце, в основном генерируют энергию посредством p-p цепочки: синтеза четырёх протонов (ядер водорода) в ядро гелия с последующим выделением энергии (в виде фотонов и нейтрино). Т.е. водород постепенно перекачивается в гелий. 
  • Для тех, что помассивнее (так, чтобы температура в центре была достаточно большой), основным источником энергии является горение ядер водорода (с помощью углерода) в CNO цепочке с перекачкой, опять же, в ядра гелия.

В итоге постепенно за весь жизненный цикл звезды (миллиарды лет) у вас водород перекачивается в гелий и более тяжелые элементы (с выделением энергии). Когда выгорает большая часть водорода, превращаясь в гелий (при этом суммарная масса остаётся примерно такой же), ядерных реакций становится в целом меньше и звезда начинает остывать.

Далее всё опять же зависит от массы звезды.

  • Для маломассивных звёзд (~0.1 масса Солнца) из-за остывания сердцевины давления не хватает, чтобы задерживать гравитационное сжатие, и звезда уменьшается до тех пор, пока в ядре не образуется газ из вырожденных электронов. Тогда звезда начинает очень медленно потреблять в ядерных реакциях гелий и превращается в красного карлика. На самом деле, до такой стадии звёзды пока не дошли, так как нашей Вселенной всего 14 млрд лет, а характерные времена жизни таких карликов могут достигать нескольких триллионов лет.
  • Для звёзд средних масс (0.5-10 масс Солнца) в центре образуется сердечник из гелия, который почти "не горит", а вокруг сердечника продолжает гореть остаток водорода. Из-за этого оболочка расширяется и звезда превращается в красного гиганта. Далее за миллионы лет звезда сбросит верхнюю оболочку (довольно большой процент от всей массы) в виде некой туманности, оставив в центре ядро, состоящее в основном из гелия (это называется белый карлик). В таком карлике уже ничего особо не горит, она сожмётся до размера в несколько тысяч километров (пока электроны не выродятся) и будет себе жить достаточно долго.
  • Если масса звезды достаточно большая (>10 масс Солнца), тогда в центре звезды начнётся интенсивное горение гелия, и дальше примерно та же история. Когда гелий почти полностью выгорит, в центре образуется ядро из более тяжелых элементов (C и O). Верхняя оболочка опять либо сбросится в виде туманности сразу, либо, сначала сколлапсирует в центр, взорвётся в виде сверхновой и сбросится ударной волной. В результате в самом центре останется то самое ядро, которое будет сокращаться дальше из-за нехватки давления газа. Ядро либо остановится на стадии нейтронной звезды (массой примерно 1.4 массы Солнца), либо сожмётся дальше и станет чёрной дырой.

Тут, конечно, надо понимать, что есть куча нюансов, которые я оставляю за кадром. 

  1. Всё очень сильно завязано не только на массе, но и на изначальной доле содержания элементов тяжелее гелия. 
  2. Ядерные реакции завязаны также и на конвекции, которая происходит внутри звезды и которая очень чувствительна ко всем входным данным.
  3. Я не договорил, что иногда при некоторых обстоятельствах у звёзд средних масс (~10 масс Солнца) может произойти т.н. core collapse, в результате чего будет взрыв по механизму сверхновой (II типа).
  4. Большое влияние оказывает также ближайшее соседство звезды. Так на какой-нибудь массивный карлик может проаккрецировать вещество с соседней звезды, и та может взорваться как сверхновая и стать нейтронной звездой.
  5. Надо также понимать, что все эти модели довольно неточные. Эти процессы (взрыва, коллапса) сильно турбулентны, их очень тяжело правильно моделировать и, соответственно, что-то предсказывать.
7
0
Если вы знаете ответ на этот вопрос и можете аргументированно его обосновать, не стесняйтесь высказаться
Ответить самому
Выбрать эксперта