Der Philosoph Sokrates sprach in Gesprächen mit Studenten über das Thema der Entstehung der Sterne: „All dies wird einem Sterblichen für immer ein Rätsel bleiben, und natürlich sind die Götter selbst traurig, das Verlangen eines Menschen zu sehen zu enträtseln, was sie für immer vor ihm verborgen haben.“Auguste Comte wiederholte Mitte des 19. Jahrhunderts in seiner Abhandlung Popular Astronomy dieselben Worte und fügte hinzu: „Sogar ihre Temperatur wird für immer unbestimmt bleiben.“Comte lebte nicht nur drei Jahre vor der Entdeckung der Spektralanalyse, mit der man die Temperatur von allem bestimmen kann, was Licht emittieren oder absorbieren kann.
Schwarze Flecken im roten Nebel (" Pferdekopf") - das häufigste Detail in all diesen Nebeln. Pferdekopf sieht dunkel aus, weil es sich um eine dichte Staubwolke vor einem hellen Nebel handelt, die das von diesem Nebel emittierte Licht absorbiert. Wie die Wolken an unserem Himmel nahm diese kosmische Wolke versehentlich eine so bizarre Form an. Durch interne Bewegungen wird sich das Aussehen der Wolke verändern, was sich aber erst nach Tausenden von Jahren bemerkbar machen wird
Heute wissen wir viel mehr über die Sterne als Comte oder Sokrates. Aber wenn jetzt sogar ein Schuljunge eine ungefähre Vorstellung davon hat, was ein Stern ist, dann ist die Frage „woher kommen Sterne“in Dunkel gehüllt. In der Tat, woher? In diesem Artikel geht es nur darum, wie die sogenannten blauen Riesen geboren werden – massive Sterne, die mit bloßem Auge am Himmel sichtbar sind.
Baumaterial
Junge Sterne, also Sterne zwischen einer Million und einigen hundert Millionen Jahren, bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff. Wasserstoff ist das beliebteste Baumaterial des Universums, ein molekularer Baustein, der in der Sternenwelt als Grundlage für eine Vielzahl von Objekten dient: vom intergalaktischen Gas bis zum blauen Riesen. Das heißt, um die Geburt eines Sterns sicherzustellen, muss man sich mit einer beträchtlichen Menge Wasserstoff eindecken. Aber wie kann man an einem Ort eine große Masse dieses Baumaterials sammeln? Woher wird es in den Weiten des Universums kommen?
Erste Stufe - interstellares Gas
Der Raum zwischen den Sternen ist überhaupt kein absolutes Vakuum, er ist gefüllt mit Kalzium, Natrium, Sauerstoff, Kohlenstoffatomen, ziemlich komplexen Molekülen, die Staubpartikel bilden - aber hauptsächlich Wasserstoff und Helium. Das ist das sogenannte interstellare Gas, das unsere gesamte Galaxie erfüllt. Die größte Gaskonzentration befindet sich in der Nähe ihrer Ebene in einer sehr dünnen Schicht von 70 Lichtjahren Dicke (und der Durchmesser der Galaxie beträgt etwa 60.000 Lichtjahre). Die Grundlage für den Stern war also gefunden. In Zukunft werden wir über unsere Galaxie als die nächstgelegene und am besten untersuchte Region des Universums sprechen.
Zweite Stufe - thermische Instabilität
Was ist der Mechanismus der Umwandlung von Gas in einen Stern? Wenn Sir Maxwell hier wäre, würde er sagen, dass sich ein homogenes Gas in einem Zustand eines instabilen thermischen Gleichgewichts befinden würde, was bedeutet, dass sowohl dichte Bereiche (Kondensationen) als auch verdünntere unvermeidlich darin auftreten würden. Obwohl die Region als dicht bezeichnet wird, ist dieser Name eher willkürlich, da das Gas darin nicht so dicht ist: nur ein paar Dutzend Atome in einem Kubikzentimeter. Kondensationen in Gas werden Gaswolken genannt, und wir beobachten sie als Nebel. Gaswolken bewegen sich und ihre Durchschnittsgeschwindigkeit beträgt 8 km / s, und die schnellsten beschleunigen auf 80 km / s. Und es ist kein Tippfehler! Eine riesige Gasmasse mit einem Durchmesser von mehreren Parsec (1pc=3,26 Lichtjahre oder 30 Milliarden Kilometer) rast durch ein viel dünneres Medium mit einer Geschwindigkeit, die die Geschwindigkeit unseres Raumfahrzeugs übersteigt. Und da es in der Galaxie viele solcher Wolken gibt, kollidiert in einem schönen Moment (im galaktischen Maßstab dauert dieser Moment mehrere tausend Jahre) eine Gaswolke mit einer anderen. Die resultierende Schockwelle aus dieser Kollision bewirkt, dass das Gas in den kollidierenden Wolken stark kondensiert, wodurch die nächste Stufe der Sternentstehung entsteht.
Dritte Stufe - Magnetfeld
Gaswolken sind riesig, aber ihre Masse reicht nicht für die Geburt eines Sterns. Sie enth alten so viel Substanz wie unsere Sonne, aber Sie brauchen - mehrere zehn-, hundertmal mehr. Was bewirkt, dass sich interstellare Wolken ansammeln? Es stellt sich heraus, dass diese Aufgabe von magnetischen galaktischen Feldern übernommen wird. Das Magnetfeld unserer Galaxie wurde Ende der vierziger Jahre des letzten Jahrhunderts entdeckt. Der Grund für das Auftreten dieses Feldes ist noch nicht genau bekannt. Wie es sich für jeden Bereich mit Selbstachtung gehört, hat er Kraftlinien, das heißt Spannungslinien. Gaswolken können sich normalerweise nur entlang dieser Linien bewegen. Um zu verstehen, wie sich interstellare Wolken zusammenballen, stellen Sie sich ein Magnetfeld als locker gespanntes Blatt vor. Hier werfen wir einen kleinen Tischtennisball über dieses Blatt (das ist unsere Gas- und Staubwolke): Unter dem Ball stellt sich heraus, dass das Blatt stärker gebogen ist, ein Loch erscheint - die Kraftlinien biegen sich. Andere Kugeln (Wolken) beginnen in das Loch zu rollen, wodurch es immer tiefer wird. Dieses Phänomen wird als Rayleigh-Jeans-Instabilität bezeichnet. Das heißt, es reicht eine anfängliche Inhomogenität im Magnetfeld, beispielsweise eine Wolke, die in diese Inhomogenität hineingeflogen ist – und fertig: Hoch über (oder unter) der Ebene der Galaxie hängt ein Beutel mit gesammeltem Gas – ein Gas-Staub-Komplex.
Vierte Stufe - Schwerkraft
Daher ist Wasserstoff (und nicht nur er) jetzt im Überfluss vorhanden. Außerdem kommen die Mechanismen ins Spiel, die von der Theorie der Sternentstehung beschrieben werden. Ihre Grundlagen wurden von Sir Isaac Newton gelegt, und die Theorie wurde durch die Arbeiten des japanischen Astrophysikers Hayashi weiterentwickelt. Wenn wir ein homogenes Gas haben, dann beginnen sich zwangsläufig Kondensationen darin zu bilden: Orte, an denen mehr Gas ist als an anderen. Aber das ist nicht mehr thermische Instabilität wie beim interstellaren Gas, sondern Gravitation. Unter dem Einfluss der Schwerkraft strömen immer mehr Gasportionen zu diesen anfänglichen Gerinnseln. Jedes Gerinnsel ist ein zukünftiger Stern. Ein stark vergrößertes Gerinnsel hat die Form einer Kugel, der stabilsten geometrischen Form. Die Gasschichten werden vermischt und verdichtet, und im Zentrum der Kugel beginnt der Druck zu steigen. Der Ball erwärmt sich allmählich, erhöht ständig seine Masse und erhält und erhält neues Baumaterial. Zu diesem Zeitpunkt ist der Protostern noch unsichtbar, er wird von Wolken verdeckt, die sich um ihn herum angesammelt und stark verdichtet haben. Übrigens wurde es erst möglich, solche Objekte mit dem Aufkommen von Teleskopen zu sehen, die im Infrarotbereich arbeiten. Aber neben den Schwerkraftkräften treten nun andere Kräfte in Erscheinung - die Gasdruckkräfte, die dazu neigen, den Ball in verschiedene Richtungen auseinander zu ziehen. Dieser ewige Kampf der Zentrifugalkräfte mit den Zentripetalkräften begleitet den Stern während seiner gesamten Existenzzeit. Wenn der Erste am Ende gewinnt, wird der Stern explodieren und wir werden eine Supernova sehen. Wenn letzteres (Schwerkraft) - der Stern kollabiert in sich selbst: Ein so mysteriöses Objekt wie ein Schwarzes Loch wird erscheinen.
Die fünfte Stufe - der Beginn einer thermonuklearen Reaktion
Warum leuchtet der Stern? Tatsache ist, dass ein Stern tatsächlich ein thermonuklearer Reaktor ist, in dem Energie freigesetzt wird, die zur Strahlung eines Sterns führt und ihn davor bewahrt, sich in ein Schwarzes Loch zu verwandeln, vor einem Gravitationskollaps.
Aber um eine thermonukleare Reaktion zu starten, braucht man eine sehr hohe Temperatur - 10 Millionen Grad. Und erst nachdem der Protostern auf thermonuklearen Brennstoff umgestellt hat, kann er als junger Stern bezeichnet werden. Aus welchen Quellen kann man Energie für eine so kolossale Heizung entnehmen? Immerhin sprechen wir von einer gigantischen Gasmasse, die mehrere zehnmal größer ist als die Masse unserer Sonne!
Zu Beginn des Lebens eines Protosterns ist die gesamte Masse seiner Materie an der Bewegung vom Zentrum zur Oberfläche und umgekehrt beteiligt, und seine Temperatur übersteigt nicht weitere viertausend Grad. Nach mehreren hunderttausend Jahren Kompression (manchmal weniger) schwächen sich die Konvektionsströme ab, füllen nicht das gesamte Innere des Protosterns aus, sondern fließen näher an die Oberfläche. Aus diesem Grund beginnt die Temperatur der zentralen Region schneller zu wachsen und erreicht etwa eine Million Jahre nach Beginn der Kompression ein Niveau, das für leichte thermonukleare Reaktionen (die Umwandlung von Lithiumkernen in Beryllium) und dann für das Hauptproton ausreicht -Protonenzyklus. Und das ist ein echter Jungstar. (Übrigens hängt die Geburtszeit eines Sterns von seiner Anfangsmasse ab - massereiche Protosterne durchlaufen Stadien schneller.)
Kindergarten
In einer Staubwolke wird natürlich mehr als ein einzelner Stern geboren. Die Wolke ist riesig, und normalerweise erscheinen mehrere Dutzend anfängliche Cluster gleichzeitig darin. Daher erscheint am Himmel aus Dutzenden eng beieinander liegenden Sternen ein wunderschönes Objekt, das in einem hellen und jungen blauen Licht leuchtet. Das bemerkenswerteste Beispiel für einen solchen Sternhaufen sind die Plejaden, eine kleine Insel, der „Kindergarten der Sterne“im Sternbild Stier. In großen Teleskopen sind um diese Sterne herum noch Reste von ungenutztem Staub sichtbar. Ein Beispiel für einen Gas- und Staubkomplex, in dem sich Sterne im Endstadium der Geburt befinden, ist der Orionnebel im gleichnamigen Sternbild. Die hellsten Sterne der Orion-Konstellation stammen übrigens aus derselben Staubwolke, aber aufgrund der Rotation unserer Galaxie begannen sie sich zu zerstreuen und sind jetzt mehrere Lichtjahre voneinander entfernt. Im Ophiuchus-Nebel tauchen gerade Sterne auf. Sie werden von riesigen Staubwolken, Kokons, vor uns verborgen, in deren Zentrum der Protostern zu einem Stern komprimiert wird. Natürlich gibt es bei den Prozessen der Sternengeburt noch viele Fragen, deren Antworten die nächsten Generationen von Forschern geben sollten. Ich hoffe, dass diese Antworten eingehen, bevor die Sterne, die jetzt am Nachthimmel leuchten, erlöschen.
