Четыре экзотических типа звезд, которые в будущем появятся во Вселенной
Новости партнеров
Ранняя Вселенная была заполнена странными и таинственными объектами. Вскоре после Большого взрыва огромные облака вещества, возможно, сразу схлопывались в черные дыры, миновав стадию звездного коллапса. Псевдогалактики осветили море нейтрального водорода, чтобы сделать космос прозрачным, испуская фотоны там, где раньше не было ничего, кроме тьмы. И недолговечные звезды, состоящие только из водорода и гелия, вспыхивали и исчезали, как искры в ночи.
Спустя 13 с лишним миллиардов лет материя Вселенной превратилась во многие типы звезд разного размера, яркости и продолжительности жизни. Но звезды современного космоса – не единственные типы светил, которые когда-либо будут существовать. В далеком будущем, через много миллиардов или даже триллионов лет, последние известные стадии нынешних звезд превратятся в совершенно новые небесные объекты, некоторые из которых могут даже служить предвестниками тепловой смерти Вселенной.
Рассмотрим четыре звезды, которые могут возникнуть, если Вселенная просуществует достаточно долго.
Синий карлик
Красные карлики считаются наиболее распространенным типом звезд во Вселенной. Они малы по массе (от 80 масс Юпитера) и температуре по сравнению с другими светилами. Астрономы полагают, что красные карлики могут существовать триллионы лет, медленно превращая водород в гелий, это означает, что некоторые из них практически ровесники Вселенной. Звезда с массой 10 процентов от солнечной может жить до шести триллионов лет, в то время как самые маленькие звезды, такие как TRAPPIST-1, вдвое дольше. Вселенной всего около 13,8 миллиарда лет, поэтому красные карлики не прошли даже одного процента своего жизненного пути.
Солнцу, напротив, осталось всего около пяти миллиардов лет, прежде чем оно сожжет все свое водородное топливо и начнет превращать гелий в углерод. Это изменение вызовет следующую фазу его эволюции. Наша звезда сначала расширится до красного гиганта, достигнув орбиты Венеры, а затем охладится и, сбросив внешние слои, оставит после себя белого карлика – богатого электронами звездного трупа, подобных которому мы видим по всей Галактике.
Через триллионы лет красные карлики также уничтожат свои последние запасы водорода. Холодные маленькие звезды на какое-то время станут необычайно горячими, излучая синий цвет. По прогнозам, вместо того, чтобы расширяться наружу, подобно Солнцу, красный карлик поздней стадии коллапсирует. В конце концов, как только фаза синего карлика закончится, останется лишь крупица звезды в виде маленького белого карлика.
Черный карлик
По оценкам NASA, Солнце будет оставаться белым карликом около 10 миллиардов лет. Однако другие оценки предполагают, что звезды могут находиться в этой фазе в течение квадриллиона лет. В любом случае, время, необходимое для достижения этой стадии с момента рождения звезды, превышает текущий возраст Вселенной, поэтому пока не существует ни одного черного карлика.
Замерзшая звезда
Когда-нибудь, когда во Вселенной будет исчерпан материал для возобновления звездных циклов, могут появиться так называемые «замерзшие звезды», которые горят с температурой образования водяного льда (около 0 градусов Цельсия), будучи наполненными различными тяжелыми элементами из-за недостатка водорода и гелия в космосе.
Согласно исследователям, которые концептуализировали такие объекты, Фреду Адамсу и Грегори Лафлину, замерзшие звезды не будут образовываться еще триллионы триллионов лет. Некоторые из них возникнут в результате столкновений между субзвездными объектами, называемыми коричневыми карликами, которые крупнее планет, но слишком малы, чтобы воспламеняться в звезды. Замерзшие звезды, несмотря на низкую температуру, будут иметь массу, достаточную для поддержания ограниченного ядерного синтеза, но недостаточную для излучения большей части собственного света. Их атмосфера может быть загрязнена ледяными облаками, а слабое ядро излучать небольшое количество энергии.
В этом отдаленном будущем самые крупные звезды будут только в 30 раз больше Солнца по массе, по сравнению с известными сегодня звездами, которые в 300 раз превосходят его по этому параметру. Предполагается, что и в среднем звезды будут намного меньше – примерно 40 масс Юпитера. По словам Адамса и Лафлина, в этом холодном и далеком будущем, после того как Вселенная вообще перестанет образовывать звезды, оставшиеся крупные объекты будут в основном белыми и коричневыми карликами, нейтронными звездами и черными дырами.
Железная звезда
Если Вселенная продолжит постоянно расширяться, как это происходит в настоящее время, то в конечном итоге она испытает своего рода «тепловую смерть», когда сами атомы начнут распадаться. К концу этой эпохи могут образоваться поразительно необычные объекты, одним из которых может быть железная звезда.
По мере того как звезды будут непрерывно превращать легкие элементы в более тяжелые, в конечном итоге образуется необычайное количество изотопов железа – стабильного, долговечного элемента. Экзотическое квантовое туннелирование пробьет железо на субатомном уровне. Этот процесс приведет к появлению железных звезд – гигантских объектов, почти полностью состоящих из железа. Однако такой объект возможен только в том случае, если протоны не будут распадаться, что является еще одним вопросом, на который люди не успеют ответить.
Никто не знает, как долго будет существовать Вселенная, и наш вид почти наверняка не сможет засвидетельствовать последние дни космоса. Но если бы мы могли жить и наблюдать за небом еще триллионы лет, то, несомненно, стали бы очевидцами замечательных изменений.
Просто о сложном: как рождаются и умирают звезды
Когда люди смотрят на ночное небо и видят там мерцающие огоньки, то они вряд ли задумываются о том, что мы видим звезды такими, какими они были сотни, тысячи или даже миллионы лет назад.
© aminoapps.com
Именно такой промежуток времени требуется фотонам, чтобы добраться от звезды до Земли. Многие из звезд на ночном небе уже давно мертвы, но мы все еще видим их свет. Некоторые из звезд, что уже родились, до сих пор не появились на ночном небе и фотоны только в пути. Как же рождаются и умирают звезды? Давайте разберемся.
Строительный материал
Чтобы рождение звезды стало возможным, потребуется огромный запас водорода, который является простейшим химическим элементом во Вселенной. Молекула водорода состоит всего лишь из двух атомов, которые в свою очередь состоят из ядра с одним протоном. Там же находится квантовое облако, где обитает единственный электрон.
После Большого Взрыва
Водород стал первым элементом, рожденным после Большого Взрыва. Раскаленная до запредельных температур материя, состоящая их протонов, нейтронов, электронов и других элементарных частиц, постепенно остывала и конденсировалась.
© bilimseldunya.com
Когда молодая Вселенная начала остывать, то водород стал формироваться в огромных количествах. Понижение температуры позволило электронам объединяться с протонами и формировать молекулы первого водорода.
Современная космологическая модель указывает на то, что этот процесс начался всего лишь через 1 секунду после Большого Взрыва и продолжался около 3 минут. Невероятно, но столь короткого промежутка времени хватило, чтобы Вселенная ощутимо остыла.
Новорожденная Вселенная состояла на 75% из водорода и на 25% из гелия. На данный момент ученые выделяют еще несколько элементов из периодической системы, но их доля была крайне мала и достигала лишь тысячных долей процентов.
Выходит, что строительный материл для звезд готов, но достаточно ли этого? Оказывается, что молекулам еще нужно сконденсироваться настолько, чтобы гравитационные силы, рожденные между ними, смогли запустить термоядерную реакцию.
© spacetelescope.org
Когда родилась наша Вселенная, то материя была поразительно равномерно распределена в пространстве и, по всей видимости, это водородное облако в бесконечной тьме так бы и осталось нетронутым, если бы не квантовые флуктуации (любое случайное отклонение какой-либо величины).
Молекулярное облако
Иногда молекулярное облако еще называют звездной колыбелью и под этим термином подразумевают тип межзвездного облака, чья плотность и размер позволяют формироваться молекулам водорода.
Следы молекулярных облаков можно наблюдать и сегодня. Они представляют собой космическое фоновое излучение или межзвездные туманности, насыщенные водородом и гелием. Именно в звездных колыбелях начинают свой жизненный путь звезды, когда плотность газа достигает невероятно высокого уровня.
© csmonitor.com
Итак, плотность молекулярного облака возрастает, а вместе с ней и температура. Молекулы начинают быстрое вращение. Плотность продолжает нарастать, как и вращение, а молекулы водорода начинают сталкиваться друг с другом, испуская в пространство фотоны в инфракрасном спектре.
В какой-то момент происходит коллапс молекулярного облака, но при этом формируются центробежные силы, которые не дают окружающей материи «обвалиться». Так формируется протопланетный диск, который в будущем, вероятно, даст жизнь планетам.
Зарождение звезды
Газовому облаку нужно где-то 50 млн. лет, чтобы зародилась протозвезда, которая представляет собой плазменный шар, вращающийся на огромной скорости. Молекулы водорода не выдерживают критических температур и начинают разрушаться, формируя отдельные атомы.
Каким-то протозвездам так и не повезет стать полноценными звездами из-за того, что температура в недрах окажется недостаточной для поддержания термоядерного синтеза. Что будет с такими объектами? Они пополнят ряды коричневых карликов, которые за несколько сотен миллионов лет остывают и разрушаются. Их масса относительно невелика и составляют от 1% до 10% от Солнечной массы.
© gierfi.com
Если протозвезда все же крупная, то процесс коллапса будет продолжаться дальше. Внутренняя температура продолжит рост, пока энергия атомов водорода не достигнет критической отметки. Когда это произойдет, то запустится естественная термоядерная реакция. Плазменный шар начинает излучать тепло, коллапс останавливается и все. Наша звездочка готова!
Жизненный цикл до сверхновой
Пока в недрах звезды осуществляется термоядерная реакция, водород превращается в гелий и звезда «работает», как наше Солнце. Будет ли это длиться вечно? Конечно нет. Запасы водорода ограничены и в какой-то момент (через несколько миллиардов лет) они будут исчерпаны полностью. Водородное топливо станет гелиевым, а во внешней оболочке все еще будут продолжаться реакции.
Ядро перенасыщается гелием и растет, раздувается, масса увеличивается очень быстро! Опять начинается гравитационный коллапс. В момент этой фазы звезда становится красным гигантом. Внутри светила снова запускаются термоядерные реакции и гелий начинается превращаться в углерод, кислород, кремний и так далее до железа.
© picserio.com
Все. Жизнь звезды подходит к концу. Если она была массивной и раз так в 8-10 крупнее Солнца, то скорее всего звезда превратится в сверхновую и разразится взрывом во Вселенной. Вспышки сверхновых — это нечто. Они могут быть в сотни раз ярче целой галактики. Ударная волна, которая промчится по пространству, запустит механизм сжатия других молекулярных облаков, а значит где-то в отдаленных уголках Вселенной начнется зарождение очередных звезд.
Если умирающая звезда была достаточно массивной, то возможно зарождение черной дыры. Что такое черная дыра и какие подробности известны ученым на сегодняшний день? Об этом мы говорили в деталях ЗДЕСЬ.
