Эволюция звезд. 
Концепции современного естествознания

Согласно современным данным, все звезды образуются в газопылевых комплексах, часто называемых облаками. Образование звезды начинается с гравитационной конденсации вещества. Она имеет место в случае наличия гравитационной неустойчивости. Но этого обстоятельства недостаточно для образования будущей звезды. Необходимо определенное, а именно критическое сочетание целого ряда параметров газопылевых комплексов, среди которых решающее значение имеют их массы, обычно исчисляемых в массах Солнца (М₀), а также температура газа и концентрация его частиц. Как правило, масса коллапсирующего газопылевого комплекса, приводящая к образованию звезды, должна превышать 10³ М₀, наиболее же успешной она является при массе, равной 10⁵ М₀.

Коллапс газопылевого комплекса начинается в силу воздействия на него некоторых факторов. Например, он может вызываться столкновением двух комплексов или взрывом сверхновой звезды, не проходящим бесследно для газопылевого облака. Образование звезды включает несколько этапов. В начале коллапса газопылевой комплекс в основном однороден и изотермичен. Он прозрачен для собственного излучения. Частицы газа передают свою кинетическую энергию частицам пыли, которые образуют мощный поток излучения. С началом коллапса образуется волна разрежения, которая перемещается к центру, увеличивая его плотность. Центр газового комплекса коллапсирует быстрее, чем его периферийные зоны. В результате происходит образование компактного ядра и протяженной оболочки. Концентрация частиц в ядре возрастает, и вместе с ней возрастает температура. Ядро переходит в состояние равновесия. Но и оно нарушается. При высокой температуре около 2000 К происходит ионизация молекул водорода, составляющих основную часть ядра газопылевого комплекса. Отвлечение внутренней энергии на ионизацию приводит к преобладанию сил гравитационного притяжения над силами положительного давления. В результате наступает новая стадия коллапса, которая как раз и приводит к образованию устойчивого ядра будущей звезды. Оно случится, если положительное давление, создаваемое продуктами термоядерного синтеза, уравновесит силы гравитационного сжатия. Начало термоядерного синтеза можно считать рождением новой звезды.

Описанный нами процесс образования представлен лишь в его основных чертах. В действительности он представляет эстафету многих преобразований. Причем наиболее часто образуются не одиночные, а двойные звезды или даже комплексы звезд. Исходный газопылевой комплекс никогда не является полностью однородным. Чем выше его неоднородность, тем больше вероятность образования нескольких звезд. Как бы то ни было, судьба отдельной звезды в решающей степени определяется ее массой. В этой связи целесообразно рассмотреть историю звезд различной массы.

Звезды с маленькими массами (коричневые карлики): М* < 0,08 М₀

Их масса недостаточна для обеспечения реакции термоядерного синтеза. Рассматриваемые образования называются коричневыми карликами, которые, медленно остывая, превращаются в черные карлики. Строго говоря, коричневые карлики вообще не являются звездами, ведь в них не установился режим термоядерного синтеза. Коричневые карлики, как правило, рассматривают совместно с подлинными звездами постольку, поскольку они имеют с ними много общего на стадии коллапса и последующего разогрева газопылевого комплекса.

Звезды с малыми массами (красные карлики):

В этих образованиях достигается температура, достаточная для горения водорода, но лишь в ядре объекта. Слой, обрамляющий ядро, не загорается. После исчерпания запасов водорода ядра объект, называемый красным карликом, переходит в состояние гелиевого белого карлика. До превращения в белый карлик красные карлики находятся на главной последовательности диаграммы Герцшпрунга — Рассела. Из всех типов звезд красные карлики наиболее многочисленны.

Звезды с полусредними массами:

Решающее преобразование этих звезд происходит в связи с исчерпанием горения водорода в ядре звезды. Оно не в состоянии противостоять действию сил гравитации и поэтому быстро сокращается в размерах и сильно нагревается. Увеличение температуры ядра приводит к взрывообразному загоранию гелия в ядре звезды и поджогу водорода, окружающего ядро тонким слоем. Горение этого слоя выталкивает внешние слои звезды наружу, которые в результате быстро расширяются и остывают. Ядро звезды превращается в белый карлик, который находится в центре красного гиганта. Связь между ними не является устойчивой, поэтому они удаляются друг от друга. И красные гиганты, и белые карлики «сходят» с главной последовательности звезд. В отличие от красных карликов звезды с полусредними массами вырождаются не в гелиевые, а в углеродно-кислородные белые карлики. Эта разновидность белых карликов также превращается в черный карлик.

Звезды со средними массами:

История звезд со средними массами во многом аналогична истории звезд с полусредними массами, но есть и различия. Во-первых, загорание гелиевого ядра происходит не взрывообразно, а спокойно, ибо газ в ядре не доходит до вырожденного состояния. Во-вторых, звезда, как правило, переходит на ветвь красных сверхгигантов. И, в-третьих, сверхгигант, сбрасывая свою внешнюю оболочку, образует планетарную туманность.

Звезды с высокими массами:

После формирования углеродно-кислородного ядра оно сжимается и становится вырожденным до того, как загорится углерод. В результате происходит углеродная вспышка, которая воспринимается как сверхновая звезда. В действительности же звезда превратилась в планетарную туманность. Если дело не дойдет до указанного взрыва, то звезда будет развиваться по сценарию очень массивных звезд.

Очень массивные звезды:

Звезда в качестве голубого гиганта настолько горяча, что в ядре звезды продолжают вырабатываться все более тяжелые элементы, вплоть до железа. В зависимости от массы ядро превращается либо в нейтронную звезду, либо в черную дыру. Внешние слои разлетаются. И на этот раз возникает эффект сверхновой звезды. Хотя в конечном счете опять дело заканчивается образованием планетарной туманности. Нейтронная звезда образуется при определенной массе ядра очень массивной звезды (М_я*): 1,4 М₀ < М_я* < 3 М₀. Если же М_я. > 3 М₀, то ядро превращается в черную дыру.

Итак, жизненный цикл звезд складывается по-разному. В табл. 3.5 представлены конечные продукты их функционирования.

Таблица 3.5

Звезды и конечные продукты их функционирования

Класс звезд.	Значения масс.	Конечные продукты эволюции.
Звезды с маленькими массами.		Черный карлик.
Звезды с малыми массами.		Гелиевый белый карлик —> черный карлик.
Звезды с полусредними массами.		Углеродно-кислородные белые карлики + красные гиганты —> —" черные карлики + планетарные туманности.
Звезды со средними массами.		Черный карлик + планетарная туманность.
Звезды с высокими массами.		Черный карлик + планетарная туманность.
Очень массивные звезды.		Нейтронная звезда или черная дыра + планетарная туманность.

Выводы

• • Звезды образуются из газопылевых комплексов.
• • Эволюция звезд определяется в решающей степени их массой.
• • Наиболее часто окончательными продуктами эволюции звезд являются черные карлики и планетарные туманности.
• • В нашей Вселенной звездообразование является интенсивным процессом. Пет оснований считать, что он затухает.