Астрология


Последнии записи



  • Зор И, их образование, развитие и виды

    Как рождаются зори. Проблема зореутворення - одна из центральных в современной астрофизике. Зори - самые распространенные во Вселенной объекты, из них состоят большие структурные образования - галактики. И вопрос о том, почему в разных регионах Вселенной вещество преимущественно формируется именно в заре, при каких условиях и каким образом это звершується, не может не волновать астрономов. Тем более, что явления, которые происходят в процессе образования и умирания зрение, по-видимому, тесно связанные с самыми глубокими проблемами строения и эволюции материи, в частности с явлениями, которые происходят в мире элементарных частиц.

    В современной астрофизике есть две основных концепции происхождения зрение. Одна из них, которая получила название "классической", выходит с того, что зори образуются в процессе конденсации газа в холодных газопылевых комплексах, гигантских бесформенных образованиях клочьев размерами во много десятков и сотен световых лет, которые состоят главным образом из молекул водорода. Что же касается пилинок, то они являют собой мелкие твердые образования, которые рассеяны в космическом пространстве и имеют достаточно сложную структуру, их центральную часть представляет тугоплавкое силикатное или графитовое ядро, на которое намерзли загрязненные льды. Как показывают наблюдения межзвездного поглощения света, размеры таких пилинок небольшие - от 0,1 до 1 мкм.

    Формирование зрение начинается с того, что в газопылевой туче или в какой-то ее части развивается так называемая гравитационная неустойчивость. Другими словами, в туче происходит процесс нарастания возмущений плотности и скорости движения вещества, небольших отклонений этих физических величин от их средних значений для данной тучи. Из теории выходит, что однородное распределение вещества при наличии сил притяжения не может быть стойким. Вещество должно распадаться на отдельные сгустки. За одним из основных законов физики любая физическая система всегда стремится к такому состоянию, при котором ее потенциальная энергия является минимальной. При образовании сгустков и их сжатии гравитационная энергия переходит в кинетическую энергию вещества, которое сжимается, которая в свою очередь может переходить в тепловую энергию и излучаться. Таким образом, в результате процесса фрагментации и образования сгустков уменьшается потенциальная энергия.

    Кроме гравитационной неустойчивости, в процессе фрагментации газовых туч определенную роль играет так называемая термохимическая неустойчивость, которая возникает в силу того, что скорость образования молекул внутри газопылевого комплекса и скорость охлаждения газа за счет излучения этих молекул в радиодиапазоне отличаются одна от другой.

    В дальнейшем образовании фрагменты в свою очередь делящиеся на еще более мелкие сгустки и так до тех пор, пока в результате гравитационного сжатия плотность этих сгустков вырастет настолько, что в их центральных частях образуются звездообразные ядра - протозорі, окруженные массивными оболочками, которые продолжают сжиматься.

    Как показывают расчеты, в тех случаях, когда масса сгустка превосходит трое масс Солнца, вещество оболочки свободно падает на ядро. Благодаря этому, масса таких про-

    Тозір быстро увеличивается, растет их світність. В какой-то момент излучения протозорі становится настолько сильным, что в результате нагревания оболочки и действию светового давления оболочка рассеивается в пространстве.

    Высвобожденные от оболочек ядра некоторое время еще продолжают сжиматься и излучать достаточно значительное количество энергии, которое выделяется за счет гравитационного сжатия. Температура в недрах протозорі растет и, наконец, становится достаточной для возникновения термоядерной реакции. Протозоря становится зарей.

    Такой, если не удаваться в детали, наиболее популярной в современной астрофизике является схема образования зрение из холодного газа в газопылевых комплексах. Подтверждается ли она астрономическими наблюдениями? Поскольку оболочки вокруг протозір, что формируются, содержат большое количество пыли, насквозь они не просматриваются и это намного утруждает наблюдение начальной стадии формирования зрение.

    Однако с развитием радио - и инфракрасной астрономии появилась некоторая возможность "заглянуть" в таинственные "звездные колыбели", поскольку пыль и газ прозрачны для этих электромагнитных излучений. В ряде районов выявлены компактные зоны радио - и инфракрасного излучения, которые истолковываются сторонниками классической концепции как зоны, где содержатся чрезвычайно молодые зори, которых в оптическом диапазоне наблюдать еще нельзя.

    Конденсационную концепцию сдерживают большинство современных астрономов. Однако это обстоятельство само по себе еще не может быть окончательным доказательством ее справедливости. Тем более, что таких наблюдательных данных, которые подтверждали бы ее однозначно, пока что не существует. Еще Галілео Галилей отмечал, что в науке мысль одного может оказаться правильнее мнения тысячи. Поэтому сейчас нельзя сбрасывать из счета и другие точки зрения.

    Во всяком случае в современной астрофизике существует еще одна концепция зореутворення, которую в течение ряда лет разрабатывает школа академика В. А. Амбарцумяна. За названием обсерватории, директором которого он является, эта концепция достала наименование бюраканської. ее сторонники считают, что зори образуются в результате распада на части более плотных, а возможно и сверхплотных объектов. Эти объекты могут быть остатками того "первобытного" вещества, из которого образовалась наша Вселенная.

    В отличие от классической концепции бюраканську в физическом и математическом плане разработано не так детально. Однако академик Амбарцумян считает, що-така разработка заблаговременная, поскольку здесь идет речь о найпотаєм-ніші космические процессы, относительно которых у нас еще очень мало фактов.

    В споре этих двух концепций идет речь по существу не только о пути формирования зрение, но и о направленности эволюционных процессов во Вселенной вообще: или идут они от разреженных состояний к более плотным или, напротив, - от более плотных к разреженным?

    Методические рассуждения. Различаются и те исследовательские программы, которых сдерживают сторонники противоборствующих концепций. Тогда как "классика" считает, что в основе разработки астрофизической теории должен лежать метод построения математических и физических моделей, даже при отсутствии необходимой полноты наблюдательных данных, "бюраканці" считают, что теория должна строиться только на основе фактов, а к созданию конкретных теоретических моделей следует приступать лишь тогда, когда данные наблюдений дают возможность при построении теории обойтись практически без произвольных дополнительных предположений.

    Следует отметить, что возникновение разных, иногда противоположных направлений в науке при решении сложных фундаментальных проблем и острых дискуссий между их сторонниками - полностью нормальное явление. К сожалению, острота полемики вынуждает противоборствующие стороны

    Полностью отбрасывать концепции, которые противостоят им. Однако только дальнейшие исследования могут показать, какая точка зрения более близка к истине. И дискуссия о путях эволюционных процессов во Вселенной не является исключением. К тому же не исключено, что в бесконечном разнообразии Вселенной при одних условиях формирования новых космических объектов может происходить конденсационным путем, а за других - быть следствием распада.

    Как было уже сказано, основная часть жизни подавляющего большинства зрение - это период, когда в их недрах происходит термоядерная реакция синтеза более тяжелых элементов из более легких. На этом этапе равновесие зари поддерживается равновесием между давлением розпеченого газа в ее недрах, который стремится расширить зарю, и силами притяжения, которые хотят ее сжать.

    При этом, если термоядерные реакции в недрах зари почему-то ускоряются^ поступление тепла с ее глубин до поверхности превышает теплоотдачу в мировое пространство, то температура в недрах зари повышается, давление газа растет и заря начинает расширяться. Центральная зона охлаждается, и термоядерная реакция приходит к норме. Напротив, если теплоотдача в окружающее пространство оказывается выше, чем энерговыделение, то заря начинает охлаждаться, давление в ее недрах падало и силы притяжения начинают сжимать зарю. Благодаря этому недра зари разогреваются, термоядерная реакция ускоряется и тепловое равновесие, а в то же время и баланс сил внутри зари приходят к норме. Следовательно, зори - это саморегульовані системы, созданные самой природой.

    Новый, по существу заключительный, период в существовании зари наступает тогда, когда ее основное ядерное топливо - водород полностью исчерпывается. В процессе термоядерной реакции в центральной части зари образуется гелиевое ядро. Потом это ядро начинает сжиматься, а внешние слои - оболочка зари - расширяться. Заря переходит в стадию

    Красного гиганта. В ее недрах в меру дальнейшего сжимания одни термоядерные реакции заступают другие при участии все более тяжелых элементов. И происходит это до тех пор, пока не будут исчерпаны все термоядерные источники энергии.

    Дальнейшая судьба умирающей зари зависит от ее массы. Зори, масса которых близка к солнечной или немного превышает ее, превращаются в так называемые белые карлики, то есть в заре с радиусами в сотне раз меньшими от радиуса Солнца. Плотность вещества таких зрение намного превышает плотность солнечного вещества. В каждом кубическом сантиметре пространства белых карликов вмещаются десятки и сотни тонн вещества.

    Белый карлик - постоянное образование. Его равновесие поддерживается, однако, внутренним давлением не обычного, а электронного газа, которое образовано большим количеством свободных электронов. Плотность этого газа полностью достаточна для того, чтобы прекратить гравитационное сжимание зари. В таком вороне существенно проявляются квантовые эффекты, и физики навивают его "вырожденным". По этой причине и белых карликов нередко навивают "вырожденными зорями".

    Температура поверхности наиболее горячих вырожденных карликов может достигать 50-100 тыс. Кельвінів. Под тонкой атмосферой такой зари расположена плотная масса, что имел к самому центру одинаковую температуру. Потери энергии на излучение у белых карликов сравнительно небольшие, потому такие зори охлаждаются чрезвычайно медленно.

    Типичным примером вырожденного карлика е спутник самой яркой зари земного неба - Сириуса - Сириус В. Кстати, Сириус В стало первым представителем класса вырожденных зрение, выявленным астрономами.

    Следовательно, зори с массой, которая не превосходит 1,4 массу Солнца, после выгорания водорода превращаются в белых карликов. Если же масса зари, которая завершает свой жизненный путь, больше при 1,4 массе Солнца, то сжатие на стадии вырожденного карлика не останавливается, под действием сил притяжения оно длится дальше. Возникает так называемый гравитационный коллапс - безудержное падение вещества зари к ее центру.

    На этом этапе может случиться мощный взрыв зари - уже известна нам вспышка сверхновой. При этом остаток зари, которая взорвалась, может образовать объект, в недрах которого под действием колоссального давления электроны окажутся "вдрукованими" в протоны. Протоны превратятся в нейтроны.

    Нейтронная звезда - компактное, чрезвычайно плотное тело діаметром всего около 15-20 км. Средняя плотность вещества таких зрение достигает удивительной величины - 10м граммов в кубическом сантиметре. Это плотность ядерного вещества. Нейтронная звезда - это будто увеличено в многократно атомное ядро.

    Интересно, что существование нейтронных зрение было теоретически предвидено еще в довоенные годы выдающимся советским ученым академиком Л. Д. Ландау. Но выявить их удалось только в 1967 г. за необычным импульсным излучением.

    Выяснилось, что генераторами этого излучения являются нейтронные звезды, которые быстро вращаются. Если нейтронная звезда излучает в радиодиапазоне, то порожденный ею радиолуч будет описывать периодические круги в пространстве, как будто луч маяка, который вращается. И каждое прохождение такого луча через антенну радиотелескопа будет зарегистрировано как отдельный импульс.

    Вернемся, однако, к эволюции умирающей зари. В тех случаях, когда масса нейтронного одышка превышает 3-4 массы Солнца, теория утверждает, что гравитационное сжатие должно длиться дальше. И в результате коллапса образуется черная дыра.

    Методические рассуждения. Теперь известно несколько космических объектов, которые предполагаемое отождествляются с черными дырами подобного типа. Однако полной уверенности в этом пока что нет, поскольку физические явления, связанные с "подозреваемыми" объектами, могут иметь и другие объяснения. По мнению некоторых ученых, образование черных дыр в результате умирания массивных зрение, если и происходят, то во всяком случае достаточно редко.

    "Заря, - пишет академик В. Л. Гінзбург, - может закончить свой жизненный путь одним из четырех способов : взорваться к концу, превратиться в белый карлик или в нейтронную звезду и, наконец, стать черной дырой. Возможно, и некоторые известные из литературы расчеты подкрепляют это предположение, что конечное состояние в форме чврної дыры достигается лишь за жидким совпадением условий и параметров" '.

    Вспышка сверхновой. Среди явлений, которые происходят в звездных мирах, одним из самых грандиозных есть так называемые вспышки сверхновых зрение.

    Согласно современным теоретическим представлениям подобные вспышки возникают на завершающем этапе существования достаточно массивной зари при переходе от стадии белого карлика к стадии нейтронной звезды или черной дыры.

    В 1758 году французский астроном Шарль Мессье, который занимался поисками комет, выявил в созвездии Тельца туманное светящееся пятно, которое он принял за неизвестную комету. Однако позже выяснилось, что в отличие от комет, которые перемещаются среди зрение, эта туманность продолжает оставаться на одном и том же месте. С появлением более мощных телескопов удалось разглядеть ее детальнее. Оказалось, что туманность имеет достаточно чудаковатую форму, которая чем-то напоминает гигантского фантастического краба с многочисленными клешнями. В связи с этим туманность получила название Крабовидной.

    Позже выяснилось, что газы, которые входят в состав Крабовидной туманности, разлетаются по радиальным направлениям от определенного центра со скоростью приблизительно 100 км/с. Это значило, что около 900 лет тому назад все вещество Крабовидной туманности было сконцентрировано в одном месте. Что же случилось в этом районе неба в начале второго тысячелетия нашей эры?

    Ответ на этот вопрос был найден в китайской хронике тех времен. Как выяснилось, в 1054 году в созвездии Тельца вспыхнула чрезвычайно яркая заря. Она светила так сильно, что в течение трех недель ее было хорошо видно на дневном небе при свете Солнца. Потом заря угасла, а на месте вспышки образовалась газовая туманность, что и достала впоследствии назову Крабовидной.

    Из этого видно, что идет речь именно о вспышке сверхновой зари. Правда, это название не совсем точно отображал суть дела, поскольку "загораются" зори, которые существовали и до этого, но имели настолько низкую світність, что их нельзя было наблюдать теми средствами, которые в прошедшие времена были в распоряжении астрономов. В итоге же вспышке они становились хорошо заметными даже невооруженным глазом. Поневоле создавалось впечатление, что появилась новая заря.

    Вспышки сверхновых развиваются сравнительно быстро --в среднем в течение 10 дней, после чего блеск начинал постепенно уменьшаться. Выделяется огромное количество энергии : от 1049 до 1051 эрг. Такое количество энергии Солнце излучает за миллиарды лет. А в максимуме блеска "сверхновая" звезда светит как несколько миллиардов Солнц! Как показывают наблюдение и расчеты, во время такой вспышки значительная часть массы зари разлетается в разных направлениях со скоростью до 20 000 км/с. Центральная же часть "сверхновой" сжимается и превращается в очень маленькую нейтронную звезду, которая имеет колоссальную плотность.

    Что же касается физического механизма, который вызывает вспышки "сверхновых" зрение, то он пока что остается неясным. Подобные вспышки - достаточно редкое явление, потому их трудно изучать. Например, в нашей Галактике насчитывается всего лишь 300 остатков "сверхновых" зрение.

    Как показали расчеты, сделанные астрономами, в среднем в каждой галактике одна вспышка "сверхновой" происходит приблизительно один раз в 360 лет. Но фактически такие вспышки могут происходить и чаще. Да. Установлено, что за последнюю тысячу лет в нашей Галактике случилось приблизительно 5 подобных вспышек.

    И все же явление это - достаточно редко. Вот почему такое пристальное внимание астрономов привлекла вспышка сверхновой, выявленной канадским астрономом Я. Шелтаном 24 февраля в 1987 г. Вспышка эта случилась в одной из ближайших к нам галактик - Большой Магеллановой Туче, расположенной от нас на расстоянии около 180 тыс. Световых лет расстояние за космическими масштабами сравнительно небольшое.

    Незадолго до открытия сверхновой в оптическом диапазоне нейтринові детекторы, расположенные в разных пунктах земного шара зарегистрировали заметное усиление потока нейтрино, которые поступают на нашу планету из космического пространства.

    В следующие дни, недели и месяцы астрофизики имели уникальную возможность последовательно наблюдать развитие этого редкого космического явления. Наблюдения проводились не только наземными обсерваториями, но и с помощью аппаратуры, установленной на астрофизическом модуле "Квант", пристыкованному к советской орбитальной станции "Мир".

    Добытые данные представляют огромную научную ценность. Они дают возможность сравнить теоретические представления о физическом "механизме" вспышек сверхновых зрение с фактическим развитием этого явления. В перспективе обработка результатов проведенных наблюдений и их анализ позволят уточнить существующую теоретическую модель подобных вспышек.


    Похожие записи: