Александр Гурштейн - Извечные тайны неба

Отдельную группировку образуют звезды в правом верхнем углу диаграммы. Те имеют небольшую температуру поверхности, но светят необычайно ярко. В эту область диаграммы попадают красные гиганты и сверхгиганты.

Диаграмма Герцшпрунга-Рессела наводит на мысль, что мир звезд не является застывшим: характерные особенности диаграммы явно связаны с различными этапами жизни звезд. Но в какую сторону идет процесс старения звезд? Может быть, вновь родившиеся звезды расположены в левом верхнем углу диаграммы, и по мере роста они медленно спускаются вдоль главной последовательности в ее нижнюю часть? А может быть, процесс идет как раз в противоположном направлении: в молодости звезды бывают холодными и неяркими, а с течением времени разогреваются и светят гораздо ярче? Что представляют из себя такие особые группы звезд, как белые карлики и красные гиганты? Ответы на эти вопросы стали мало-помалу проясняться лишь тогда, когда астрономы и физики совместными усилиями обнаружили источник звездной энергии – термоядерную реакцию превращения водорода в гелий.

Расчеты показали, что к числу короткоживущих звезд обязаны принадлежать в первую очередь наиболее горячие звезды с высокой светимостью. Они расходуют свое водородное «горючее» настолько расточительно, что срок их существования при наблюдаемых темпах переработки водорода может быть в космическом масштабе времени лишь очень непродолжительным. Следовательно, подобная звезда должна либо быстро сменить «образ жизни», либо погибнуть.

Очень молодыми оказались переменные звезды с неправильным изменением блеска типа Т Тельца. Их детальное изучение помогло предложить вариант стройной теории рождения звезд.

Рассмотрим холодное межзвездное облако пыли и газа с массой, примерно равной массе нашего Солнца, и размерами, достигающими размеров современной Солнечной системы. Физики видят ряд причин, по которым равновесие внутри такого облака может быть внезапно нарушено, и все его частицы со скоростью свободного падения устремятся к центру. Для описания подобного явления астрономы используют термин коллапс – стремительное сжатие. Коллапсирующее облако по космическим масштабам времени в мгновение ока – всего за половину земного года – уменьшается до размеров, которые лишь в 100 раз превышают нынешние размеры Солнца. В этот период мы уже имеем дело не с облаком газопылевой материи, а с рождающейся звездой.

В коллапсирующем облаке высвобождается огромное количество внутренней энергии, что приводит к разогреву облака.

Температура поверхности звездного «эмбриона» достигает еще всего только четырех тысяч кельвинов, но суммарная светимость всей огромной поверхности облака в сотни раз превосходит светимость Солнца. Весь описанный процесс идет настолько стремительно, что со стороны должно казаться, будто на небе среди холодной газопылевой межзвездной материи практически мгновенно появляется неизвестная раньше звезда.

Вновь загоревшаяся на небе звезда – пока еще только «эмбрион» звезды – продолжает уменьшаться в размерах и разогреваться. Этот процесс по космическим меркам также идет быстро, но несравненно медленнее, чем коллапс.

Во второй фазе своей эволюции формирующаяся звезда быстро вращается, из ее недр через разные промежутки времени вырываются мощные струи вещества, которые способны унести в общей сложности до одной трети первоначальной массы сжавшегося облака. Со стороны блеск такой формирующейся звезды должен изменяться быстро и без всякой регулярности, иными словами, для земного наблюдателя это будет типичная неправильная переменная звезда типа Т Тельца.

Период жизни формирующейся звезды с массой, близкой к массе Солнца, в стадии неправильной переменной типа Т Тельца может достигать 50 млн. лет. Постепенно размеры такой звезды сокращаются до размеров Солнца, утечка вещества из недр замирает, температура недр достигает критического значения в 10 млн. кельвинов, и термоядерная реакция превращения водорода в гелий становится основным источником звездной энергии. Молодая звезда полностью сформировалась: она достигла третьей, стабильной стадии своего существования, в которой может спокойно находиться несколько миллиардов лет. Температура поверхности и светимость этой звезды теперь полностью соответствуют характеристикам звезд главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Рессела.

Астрономы, разработавшие изложенную картину рождения и роста звезд, приводят веские доводы в ее защиту. Однако встречаются приверженцы и другой точки зрения: звезды рождаются не из разреженного газопылевого облака, а из сверхплотного, еще не известного науке дозвездного вещества. В результате чудовищного взрыва такое сверхплотное дозвездное вещество распадается на отдельные фрагменты, каждый из которых, расширяясь до нормального звездного состояния, становится отдельной звездой. Как видно, эта точка зрения диаметрально противоположна теории коллапса газопылевого облака.

Время и новые научные поиски способны разрешить любой самый сложный научный спор. А пока вновь появляющиеся наблюдательные данные заставляют отдавать предпочтение теории происхождения звезд из коллапсирующего газопылевого облака.

По мере сгорания водорода температура и давление в недрах звезды увеличиваются. В звезде начинают выделяться очень плотное гелиевое ядро и разреженная оболочка. Остатки водорода «выгорают» на границе ядра и оболочки. При этом оболочка непрерывно раздувается и температура на поверхности звезды снижается. Земной наблюдатель этой реальной физической картины, разумеется, не видит, и его информация свидетельствует о событиях как будто бы прямо противоположных. Земной наблюдатель со стороны фиксирует, что со всей огромной оболочки такая звезда в общей сложности излучает еще больше света, чем прежде. Эта звезда покидает главную последовательность диаграммы Герцшпрунга-Рессела. Она красный гигант.

Неэкономно расходуя энергию, красный гигант в короткий срок растрачивает остатки водорода. Подогрев оболочки прекращается, и в дальнейшем она рассеивается в пространстве. Небольшое ядро наблюдается теперь как очень плотная и горячая звезда – белый карлик.

Независимо от того, справедлива или не справедлива изложенная теория, можно считать установленным фактом, что «жизнь» звезды – это поединок двух противоборствующих сил. Давление горячих газов изнутри постоянно стремится увеличить размеры звезды. Напротив, гравитационные силы взаимного притяжения всех составляющих звезду частиц вещества стремятся как можно больше сжать ее.