Что входит в состав звёзд
Содержание
Что входит в состав звёзд
По определению звезда — это гигантский газовый шарообразный объект, который излучает свет и находится в состоянии равновесия благодаря собственной гравитации и давлению внутри него. Как известно, они формируются из газово-пылевой среды под действием гравитационного сжатия. Но что входит в состав звёзд?
Звезда Арктур
Хотя все светила разные, их образуют одни и те же вещества. Итак, химический состав звёзд:
- водород (73%);
- гелий (25%);
- атомы тяжёлых веществ (2%).
Химический состав звезд
Вы когда-нибудь задумывались, из чего состоят звезды? Вы были бы удивлены, узнав их состав — это те самые материалы, из которых сделана вся остальная Вселенная:
- 73% — водород;
- 25% — гелий;
- 2% — остальные элементы.
Вот и все, за исключением некоторых различий в определенных материалах, звезды созданы в значительной степени из одинакового вещества.
Звезды образовывались со времен зарождения Вселенной. Фактически астрономами рассчитано, что каждый год в галактике Млечный Путь формируется 5 новых звезд. Некоторые из них имеют больше тяжелых элементов от предыдущих звезд – металлически богатые, а некоторые содержат меньше – металлически бедные. Но даже так, соотношение элементов остается в равной степени.
Солнце — пример богатой на металл звезды, имеет более высокое количество тяжелых элементов внутри, нежели в среднем среди таких же представителей. И все же, наше светило обладает схожим соотношением долей элементов: 75% водорода, 24% гелия, а остальные — кислород, углерод, азот.
Преобразование водорода в гелий внутри ядра Солнца происходит уже 4,5 миллиарда лет
Вглубь звезды
Но как такая ничтожная часть состава звезды может серьезно изменить ее функционирование? Для человека, в среднем состоящего на 70% из воды, потеря 2% жидкости не страшна — это всего лишь ощущается как сильная жажда и не приводит к необратимым изменениям в организме. Но Вселенная очень чуткая даже к самым малым переменам — будь 50-я часть состава нашего Солнца хоть капельку иной, жизнь в Солнечной системе могла и не образоваться.
Как это работает? Для начала вспомним одно из главных последствий гравитационных взаимодействий, упоминаемое повсеместно в астрономии — тяжелое стремится к центру. Любая планета служит наглядной моделью этого принципа: самые тяжелые элементы, вроде железа, располагаются в ядре, когда более легкие — снаружи.
То же самое происходит во время образования звезды из рассеянного вещества. В условном стандарте строения звезды гелий образует ядро светила, а из водорода собирается окружающая оболочка. Когда масса гелия переваливает за критическую точку, гравитационные силы сжимают ядро с такой силой, что в прослойках между гелием и водородом в ядре начинается термоядерная реакция.
Строение разных звезд
Именно тогда звезда и зажигается — еще совсем молодая, окутанная водородными облаками, которые со временем улягутся на ее поверхности. Свечение играет важную роль в существовании звезды — именно частицы, пытающиеся вырваться из ядра после термоядерной реакции, удерживают светило от моментального сжатия в нейтронную звезду или черную дыру. Также имеет силу обычная конвекция, перемещение вещества под воздействием температуры — ионизированные накалом у ядра, атомы водорода поднимаются в верхние слои звезды, перемешивая тем самым материю в нем.
Так все же, при чем тут 2% тяжелых веществ в составе звезды? Дело в том, что любой элемент тяжелее гелия — будь то углерод, кислород или металлы — неминуемо окажется в самом центре ядра. Они опускают планку массы, по достижению которой зажигается термоядерная реакция — и чем тяжелее вещества в центре, тем быстрее зажигается ядро. Однако при этом оно будет излучать меньше энергии — размеры эпицентра горения водорода будут скромнее, чем если бы ядро звезды состояло из чистого гелия.
Астрономию ждала революция
Почти столетие спустя, когда появились соответствующие технологии, астрономы смогли разложить свет звезд, удаленных на десятки, сотни и тысячи световых лет от Земли, определив их химический состав с беспрецедентно высокой точностью. Было установлено, что по сути все звезды имеют одинаковый химический состав, что указывало на однородность Вселенной.
Однако судить о всей Вселенной по звездам Млечного Пути было бы слишком опрометчиво. Астрономы хотели заглянуть дальше, узнать о химии в самых дальних уголках космического пространства. Но как такое возможно? Отдельные звезды с расстояния в миллиарды световых лет неразличимы и не поддаются анализу…
На помощь пришли квазары — активные ядра галактик на начальном этапе развития, в которых сверхмассивная черная дыра поглощает окружающее вещество формируя аккреционный диск.
Важно отметить, что квазары являются одними из самых ярких и наиболее удаленных от Земли объектов.
Свет квазаров проходит через галактики, что создает эффект гравитационного линзирования — гравитация галактики искажает идущий свет, выступая в качестве линзы, которая как бы увеличивает далекий объект для наблюдателя / © ESA
Во второй половине XX века, когда были открыты сотни квазаров, часть из которых оказалась удалена почти на 12,5 миллиарда световых лет (возраст Вселенной 13,8) от Земли, астрономы приступили к спектральному анализу этого древнейшего излучения, которое миллиарды лет мчалось через «черный ящик» Вселенной в сторону Земли.
Это позволило установить, что Вселенная наполнена элементами, о существовании которых мы знаем из периодической системы химических элементов. Бесконечное космическое пространство оказалось фантастически однородным.
Загрузка...
