Мир Знаний

Еволюція зірок (стр. 6 из 7)

Дж. Вебер установив пастки гравітаційних хвиль в Аргоннской національної лабораторії поблизу Чикаго й у Мэрилендском університеті. Вони складалися з масивних алюмінієвих циліндрів, що повинні були коливатися, коли гравітаційні хвилі досягнуть Землі. Використовувані Вебером детектори гравітаційного випромінювання реагують на високі (1660 Гц), так і на дуже низькі (1 коливання в годину) частоти. Для детектировання останньої частоти використовується чуттєвий гравіметр, а детектором є сама Земля. Власна частота квадрупольних коливань Землі дорівнює одному коливанню за 54 хв.

Усі ці пристрої повинні були спрацьовувати одночасно в момент, коли гравітаційні хвилі досягнуть Землі. Дійсно вони спрацьовували одночасно. Але, на жаль, пастки включалися занадто часто - приблизно раз на місяць, що виглядало досить дивно. Деякі учені вважають, що хоча досвіди Вебера й отримані їм результати цікаві, але вони недостатньо надійні. З цієї причини багато хто відносяться досить скептично до ідеї детектировання гравітаційних хвиль (експерименти по детектированню гравітаційних хвиль, аналогічні досвідам Вебера, пізніше були перевірені в ряді інших лабораторій і не підтвердили результатів Вебера. В даний час вважається, що досвіди Вебера помилкові).

Роджер Пенроуз, професор математики Биркбекського коледжу Лондонського університету, розглянув цікавий випадок колапсу й утворення чорної діри. Він також допускає, що чорна діра зникає, а потім виявляється іншим часом у якомусь іншому всесвіті. Крім того, він затверджує, що народження чорної діри під час гравітаційного колапсу є важливою вказівкою на те, що з геометрією простору-часу відбувається щось незвичайне. Дослідження Пенроуза показують, що колапс закінчується утворенням сингулярності, тобто він повинний продовжуватися до нульових розмірів і нескінченної щільності об'єкта. Останні умова дає можливість іншого всесвіту наблизитися до нашої сингулярності, і не виключено, що сингулярність перейде в цей новий всесвіт. Вона навіть може з'явитися в якому-небудь іншому місці нашого власного Всесвіту.

Деякі вчені розглядають утворення чорної діри як маленьку модель того, що, відповідно до пророкувань загальної теорії відносності, у кінцевому рахунку, може трапитися з Всесвіт. Загальновизнано, що ми живемо в незмінно розширюється Вселеної, і один з найбільш важливих і пекучих питань науки стосується природи Вселеної, її минулого і майбутнього. Без сумніву, усі сучасні результати спостережень указують на розширення Всесвіту. однак на сьогодні одне із самих каверзних питань такий: чи сповільнюється швидкість цього розширення, і якщо так, те чи не стиснеться Всесвіт через десятки мільярдів років, утворити сингулярності. Очевидно, коли-небудь ми зможемо з'ясувати, по якому шляху випливає Всесвіт, але, бути може, багато раніш, вивчаючи інформацію, що просочується при народженні чорних дір, і ті фізичні закони, що керують їх долею, ми зможемо пророчити остаточну долю Всесвіту.

Майже усе своє життя зірка зберігає температуру і розмір практично постійними. Значення головної послідовності полягає в тім, що більшість звичайних зірок виявляються нормальними, тобто позбавленими яких-небудь особливостей. Ми вправі очікувати, що ці зірки підкоряються визначеним залежностям, подібним, наприклад, згаданої головної послідовності. Більшість зірок виявляються на цій похилій лінії - головної послідовності, тому, що зірка може прийти на цю лінію усього лише за кілька сотень тисяч років, а, залишивши неї, прожити ще кілька сотень мільйонів років, більшість зірок свідомо залишається на головній послідовності протягом мільярдів років. Народження і смерть - мізерно малі миті в житті зірки. Наше Сонце, що є звичайною зіркою, знаходиться на цій послідовності вже протягом 5-6 млрд. років і, очевидно, проведе на ній ще стільки ж часу, тому що зірки з такою масою і таким хімічним складом, як у Сонця, живуть 10-12 млрд. років. Зірки багато меншої маси знаходяться на головній послідовності приблизно 50 млрд. років. Якщо ж маса зірки в 30 разів перевершує сонячну, то час її перебування на головній послідовності складе усього близько 1 млн. років.

Повернемося до розгляду процесів, що відбуваються при народженні зірки: вона продовжує стискуватися, стиск супроводжується зростанням температури. Температура повзе нагору, і от величезна газова куля починає світитися, його вже можна спостерігати на тлі темного нічного неба як тьмяний червонуватий диск. Значна частка енергії його випромінювання як і раніше приходиться на інфрачервону область спектра. Але це ще не зірка. У міру того як речовина протозірки ущільнюється, воно усе швидше падає до центра, розігріваючи ядро зірки до більш високих температур. Нарешті температура досягає 10 млн. ДО, і тоді починають протікати термоядерні реакції - джерело енергії всіх зірок у Всесвіті. Як тільки термоядерні процеси включаються в дію, космічне тіло перетворюється в повноцінну зірку.

Стискуючись, пил і газ утворять протозірку; її речовина являє собою типовий зразок речовини навколишньої нас частини космічного простору. Говорячи про зразок речовини Всесвіт, ми маємо на увазі, що цей шматочок міжзоряного середовища на 89% складається з водню, на 10%-з гелію; такі елементи, як кисень, азот, вуглець, неон і т.п. складають у ньому менш 1%, а всі метали, разом узяті, - не більш 0,25%. Таким чином, зірка в основному складається з тих елементів, що найчастіше зустрічаються у Всесвіті. І оскільки більш усього у Всесвіті представлений водень, то, звичайно, будь-які термоядерні реакції повинні протікати з його участю.

Подекуди зустрічаються куточки космічного простору з підвищеним змістом важких елементів, але це лише місцеві аномалії - залишки давніх зоряних вибухів, що розкидали і розсіяли в околиці важкі елементи. Ми не будемо зупинятися на таких аномальних областях з підвищеною концентрацією важких елементів, а зосередимо увагу на зірках, що складаються в основному з водню.

Коли температура в центрі протозірки досягає 10 млн. ДО, починаються складні (але детально вивчені) термоядерні реакції, у ході яких з ядер водню (протонів) утворяться ядра гелію; кожні чотири протони, поєднуючи, створюють атом гелію. Спочатку, коли з'єднуються один з одним два протони, виникає атом важкого водню, або дейтерію. Потім останній зіштовхується з третім протоном, і в результаті реакції народжується легкий ізотоп гелію, що містить два протони й один нейтрон.

У сум'ятті, що панує в ядрі зірки, що швидко рухаються атоми легкого гелію іноді зіштовхуються один з одним, у результаті чого з'являється атом звичайного гелію, що складає з двох протонів і двох нейтронів. Два зайвих протони повертаються назад у гарячу суміш, щоб коли-небудь знову вступити в реакцію, що породжує гелій. У цьому процесі близько 0,7% маси перетворюється в енергію. Описаний ланцюжок реакцій - один з важливих термоядерних циклів, що протікають у ядрах зірок при температурі близько 10 млн. К. Деякі астрономи вважають, що при більш низьких температурах можуть протікати інші реакції, у яких беруть участь літій, берилій і бор. Але вони відразу роблять застереження, що якщо такі реакції і мають місце, те їхній відносний внесок у генерацію енергії незначний.

Коли температура в надрах зірки знову збільшується, у дію вступає ще одна важлива реакція, у якій як каталізатор бере участь вуглець. Почавши з водню і вуглецю-12, така реакція приводить до утворення азоту-13, що спонтанно розпадається на вуглець-13 - ізотоп вуглецю, більш важкий, чим той, з якого реакція починалася. Вуглець-13 захоплює ще один протон, перетворюючи в азот-14. Останній подібним же шляхом стає киснем-15. Цей елемент також хитливий і в результаті спонтанного розпаду перетворюється в азот-15. І, нарешті, азот-15, приєднавши до себе четвертий протон, розпадається на вуглець-12 і гелій.

Таким чином, побічним продуктом цих термоядерних реакцій є вуглець-12, що може знову покласти початок реакціям даного типу. Об'єднання чотирьох протонів приводить до утворення одного атома гелію, а різниця в масі чотирьох протонів і одного атома гелію, що складає близько 0,7% від первісної маси, виявляється у виді енергії випромінювання зірки. На Сонце щосекунди 564 млн. т водню перетворюється в 560 млн. т гелію, а різниця - 4 млн. т речовини - перетворюється в енергію і випромінюється в простір. Важливо, що механізм генерації енергії в зірці залежить від температури.