КУРС ЗАГАЛЬНОЇ АСТРОНОМІЇ - С. М. АНДРІЄВСЬКИЙ 2007

Частина VIII

ПРОБЛЕМИ КОСМОГОНІЇ ТА КОСМОЛОГІЇ

Розділ 21

ПРОБЛЕМИ КОСМОГОНІЇ

21.2. Ранні стадії еволюції зір

За сучасними уявленнями зорі утворюються внаслідок гравітаційного стискування гігантських, порівняно густих (концентрація атомів 103—106 см-3) та холодних (температура близько 10—30 К) хмар газопилової матерії. Якщо з якихось зовнішніх причин хмара почне стискування, то такий процес може стати необоротним, і зростаюча сила власного тяжіння хмари, не зустрічаючи істотної протидії, стискає її до все більшої густини.

Як показують дослідження, наявні у міжзоряному середовищі газопилові комплекси, маси яких сягають 103 —106М0, розміри 10—100 пк, а температури декількох десятків градусів за шкалою Кельвіна, є гравітаційно нестійкими, вони повинні стискуватися. При цьому частина гравітаційної енергії стискування йде на нагрівання речовини, температура якої може зрости настільки, що газовий тиск внутрішніх шарів перешкоджатиме подальшому гравітаційному стискуванню. Але молекулярна складова газу (наприклад, такі молекули, як СО) і пилинки швидко трансформують цю енергію в інфрачервоне випромінювання, яке досить вільно залишає газопиловий комплекс і виносить певну частину енергії за його межі. Внаслідок такого механізму охолодження температура речовини, що стискається, практично не змінюється, тоді як її густина поступово зростає. Відповідно до критерію гравітаційної нестійкості Джинса (21.2), зі зростанням густини первісна газопилова хмара повинна ділитися на окремі, менш масивні фрагменти, кожний з яких, згідно зі зміною фізичних умов, дробиться далі до тих пір, поки зростання густини у центральних частинах колапсуючих фрагментів і пов'язане з ним зростання непрозорості газу, не спричинить відповідне зростання температури, а, отже, і значення критичної маси. На цьому етапі подальша фрагментація припиняється, а фрагменти, які залишилися на той час, стискаючись, перетворюються в протозорі — зародки майбутніх зір. Це — так званий процес каскадної фрагментації.

У великих хмарах народжуються сотні протозір. Такі системи, об'єднані спільним походженням, утворюють зоряні скупчення й асоціації. Приклад галактичного газопилового комплексу, в якому відбувається процес зореутворення, показаний на рис. 21.1.

Протозорі є потужними джерелами інфрачервоного випромінювання. Спостереження показують, що такі джерела справді є в міжзоряних газо пилових комплексах. Це об'єкти Хербіга-Аро, названі так на честь астрономів-першовідкривачів, а також зорі типу Т Тельця.

image61

Рис. 21.1. Газопиловий комплекс з активним зореутворенням M 16

За останні десятиліття уявлення про зміну фізичних параметрів протозір, а, отже, і про їхні еволюційні треки на діаграмі ефективна температура — світність, радикально переглянуто. За цей же час суттєво удосконалено методи обчислень змін із часом радіуса, поверхневої температури і світності протозорі та її внутрішньої структури. Наприклад, у 50-х роках XX століття вважали, що еволюційний трек, який описує протозоря на діаграмі ефективна температура — світність, починається в далекому правому нижньому куті цієї діаграми (низькі світності і низькі температури), а потім світність і температура протозорі повільно і безперервно зростають аж до виходу її на головну послідовність. При цьому вважали, що під час гравітаційного стискування зорі енергія в ній від надр до поверхні переноситься лише випромінюванням. Однак у 1961 р. Ч. Хаяші (Японія) виявив, що протозоря стискається як єдине ціле, а енергія в ній переноситься конвекцією. Світність протозір обумовлена енерговиділенням в їх центральних частинах, які перебувають у стані безперервного стискування. Еволюційні треки починаються у низькотемпературній частині діаграми ефективна температура — світність. З часом поверхнева температура протозорі зростає, а її світність дещо зменшується. Це відбувається за рахунок поступового зменшення радіуса, яке згодом припиняється, а спадання світності змінюється її зростанням аж до виходу протозорі на головну послідовність (див. рис. 21.2).

Важливим є факт, що, як тільки в центральній зоні спочатку однорідної газової кулі утворюється протозоряне ядро зі значно вищою густиною, то прискорення сили тяжіння біля нього збільшується і відповідно зростає швидкість падіння внутрішніх шарів протозорі на її ядро. Тому ядро постійно стискається, а його маса безперервно зростає, відповідно збільшується і температура в центрі. Чим ближче до центра протозорі, тим вища температура та густина газу. Через декілька десятків тисяч років після початку формування протозорі температура її ядра вже досягає значення понад

106 К. Цього вже достатньо для «вмикання» інших джерел виділення енергії, які підтримують високу температуру та внутрішній тиск в ядрі. Так розпочинаються термоядерні реакції за участю водню і дейтерію. Випромінювання, яке надходить від гарячих внутрішніх шарів, поглинає речовина оболонки, що продовжує падати на вже сформований зародок протозорі. І лише після того як основна частина маси оболонки впаде на ядро, а її залишок стане достатньо прозорим для випромінювання, можна зауважити світло самої молодої зорі.

Ядро стискається доти, доки температура в ньому не досягне значення, достатнього для реакцій синтезу гелію з чотирьох протонів (вище 107 К). Сила тяжіння у кожній точці зорі врівноважується градієнтом тиску, і зоря, відповідно до її маси, займає певне місце на головній послідовності діаграми ефективна температура — світність. Отже, головна послідовність — це геометричне місце точок на діаграмі ефективна температура — світність, що відображають положення зір, у надрах яких водень перетворюється в гелій.

image62

Рис. 21.2. Еволюційні треки протозір різних мас

Обчислення показують, що стискування протосонця тривало близько 50 млн. років. Для інших протозір цей час тим менший, чим більша їхня маса. Протозоря з масою 15М0еволюціонує до головної послідовності за близько 60 000 років, а з M = 0,5Мʘ — близько 150 млн. років.

Залишається ще не з'ясованим, наскільки правильним є вибір математичних співвідношень, які описують перенесення енергії з надр протозорі конвекцією, як впливає на її еволюцію обертання навколо осі, а також магнітне поле, що пронизує первинну газову хмару. Що стосується обертання, то очевидно, що воно порушує сферичну симетрію. Обчислення, які все ще доводиться проводити з певними спрощеннями, дають змогу зробити висновок, що при збереженні моменту кількості руху фрагмент хмари, який від початку мав помітний обертальний рух, з часом сплющується. При подальшій еволюції фрагмента він перетворюється в кільце, в якому через декілька десятків тисяч років формуються два діаметрально протилежні згущення, що далі стають зорями, утворюючи подвійну систему.

Ущільнення, що формується в центральній зоні протозорі, може позбутися свого моменту кількості руху шляхом його передачі периферійним частинам хмари, завдяки магнітним полям, які її пронизують, а також турбулентним рухам (наявність в'язкого тертя).






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.