Вечные вопросы. Часть 1
– А если масса звезды будет больше восьми солнечных масс?
– Эволюция звезд, согласно современным представлениям, весьма схожа…
…и если первоначальная масса звезды была больше восьми, но не превосходила тридцати солнечных масс, то пройдя все вышеописанные этапы развития, только в ускоренном темпе, в ядре такой звезды температура поднимется настолько, что начнется синтез кислорода и более тяжелых элементов…
…отчего она очень сильно раздастся в объеме и может стать по диаметру больше Солнца в 400–800 раз…
– Ух…
– …а такие звезды называются сверхгигантами…
…хотя здесь следует тебе сказать, что разделение звезд на гигантов и сверхгигантов чисто условное, так как человечество лишь недавно стало изучать звезды, используя сложные астрономические приборы, а многие современные законы миропонимания далеки от совершенства…
…так что известные на сегодняшний день гиганты на самом деле могут оказаться сверхгигантами…
– И что же с ними происходит дальше?
– Дальше? Ну, происходит ли кислородная детонация или нет в недрах таких звезд – точно сказать не могу, не слышал об этом просто…
…но когда в ядре сверхмассивной звезды начинаются термоядерные реакции с участием кислорода, то температура в ядре такой звезды становится столь высока, что там могут синтезироваться ядра атомов любых химических элементов…
…вот только синтез атомных ядер железа и всех последующих за железом химических элементов, согласно современным представлениям, происходит не с выделением энергии, а с ее поглощением…
…поэтому когда в центре сверхгиганта начинает формироваться… железное ядро, то выделяемая при термоядерных реакциях энергия тратится на синтез ядер атомов железа и других более тяжелых элементов, а без этой энергии внешние слои однажды обрушиваются к центру…
…выделяющаяся при этом энергия многократно превосходит энергию, выделяющуюся при термоядерных реакциях…
…ядро звезды начинает стремительно сжиматься…
…и давление вырожденного электронного газа уже не в состоянии противостоять тяжести наружных слоев звезды, отчего происходит коллапс ядра звезды с нейтронизацией его вещества…
…но не вся материя внешних слоев войдет в состав вырожденного ядра звезды, лишь какая-то ее незначительная часть…
…а вот ее большая часть, согласно одной из наиболее правдоподобной, на мой взгляд, научной гипотезе, отскакивает от этого сверхплотного вырожденного ядра звезды, отскакивает с огромной силой и скоростью…
…и на небе загорается так называемая сверхновая звезда…
…или, иначе говоря, в сверхъяркой вспышке, которая сравнима по яркости со всей галактикой, в которой она вспыхнула, появляется оголенное ядро звезды, окруженное планетарной туманностью…
…и ядра таких проэволюционировавших звезд, как считают многие ученые, становятся нейтронными звездами…
– А…
– Если же первоначальная масса звезды больше тридцати, но не больше пятидесяти масс Солнца, то в конце своего эволюционного пути такая звезда, как считают некоторые, станет не нейтронной, а так называемой кварковой звездой…
…правда, таких звезд еще вроде не обнаружено, они существуют пока только в теории…
– А что такое нейтронизация вещества?
– На заключительных этапах эволюции сверхмассивных звезд давление внутри их ядра становится настолько непомерно, что даже вырожденный электронный газ уже не в состоянии сдерживать дальнейшее сжатии материи…
…поэтому в тех ужасающих условиях ядра атомов вынуждены поглощать электроны, что приводит к превращению протонов в нейтроны, а это и есть так называемый вырожденный нейтронный газ…
…если же сказать образно, то материя в ядрах вырожденных сверхмассивных звезд состоит только из плотно сдавленных со всех сторон нейтронов, поэтому-то такие объекты и называются нейтронными звездами…
…а плотность такой материи, если тебе это, конечно, интересно, превышает плотность воды где-то в сто миллионов раз…
– М-да…
– Ну, а в ядрах гипотетических короткоживущих кварковых звезд, уж отвечу заодно на еще не прозвучавший вопрос, давление столь невообразимо, что даже нейтроны разрушаются, распадаясь на составные части…
…поэтому, по мнению современных ученых, кварковые звезды состоят из кварков, то есть из тех элементарных частиц, из которых, согласно современным представлениям, состоят протоны и нейтроны…
– А существуют ли звезды, масса которых больше пятидесяти масс Солнца?
– Конечно, существуют…
…существуют даже звезды, масса которых, как говорят, превышают массу Солнца в 200–300 раз…
…хотя по размерам гипергиганты, как считается, не больше сверхгигантов…
…правда, такие звезды – редкость…
…большая редкость, во всяком случае, сейчас…
…и, например, в этой Галактике их, как говорят, насчитали с десяток, а живут они максимум несколько миллионов лет…
– А какова их судьба?
– Все то же самое: когда ядра таких звезд коллапсируют, внешние слои взрывом колоссальной мощности сбрасываются в пространство…
…правда, в истории с гипергигантами происходит более мощный взрыв, чем при рождении сверхновых…
…и появляются не сверхновые, а так называемые гиперновые звезды, ядра которых, как сейчас полагают, чуть ли не сразу превращаются в черные дыры…
…ведь давление внутри ядер таких проэволюционировавших звезд настолько колоссально, что даже вырожденный нейтронный газ уже не в состоянии сберечь материю от… бесконечного сжатия…
– Так вот, значит, откуда берутся черные дыры…
– Не только оттуда…
– То есть?
– Считается, что у проэволюционировавших звезд существует лишь три варианта дальнейшего существования: либо они остаются остывающими вырожденными карликами, либо нейтронными звездами, либо черными дырами! Но если на поверхность вырожденного карлика извне, например, с соседней звезды, попадает большое количество вещества, а этот процесс называется аккрецией, то тогда он может потерять гидростатическое равновесие и превратиться в нейтронную звезду…
…а нейтронная звезда при приращении материей может стать черной дырой…
– А если такого не произойдет? Если вообще нет материи вокруг проэволюционировавших звезд?
– Ну, если такое вдруг случится, то они начнут просто остывать. Допустим, проэволюционировавшие белые карлики со временем, как считается, станут сначала желтыми, потом красными, коричневыми и, в конце концов, черными карликами. Судьба же нейтронных звезд…
– Черными карликами?
– Когда проэволюционировавшие звезды сбрасывают свои внешние слои, то их обнаженные ядра, в которых термоядерные реакции уже не идут из-за небольших размеров и крайне яркой светимости, астрономы называют вырожденными белыми карликами. По мере остывания, ядра таких проэволюционировавших звезд блекнут, и со временем они будут выглядеть сначала желтыми, а потом красными звездочками. В ходе дальнейшего охлаждения они станут невидимыми для человеческого глаза, но будут видны в инфракрасном диапазоне, и такие вырожденные звезды станут называться коричневыми или бурыми карликами. А вот когда они остынут до температуры межзвездной среды, то в теории они станут невидимыми для прямых наблюдений, и будут они тогда называться вырожденными черными карликами…
– А почему в теории?
– Как бы тебе это объяснить? Понимаешь, вырожденных звезд в видимой части Вселенной довольно много, но при относительно малых размерах их плотность, как я тебе уже говорил, крайне велика, и чтобы такие объекты остыли, нужно очень много времени…
– Ты хочешь сказать, что за эти почти четырнадцать миллиардов лет еще ни один вырожденный белый карлик не превратился в черный?
– Если придерживаться современных научных взглядов, то так оно и есть…
– А ты ничего не путаешь?
– Астрономы обнаружили множество коричневых карликов, но пока ни один из этих обнаруженных объектов, видимых только в инфракрасном диапазоне, проэволюционировавшей звездой не признан…
…поскольку, по мнению современных ученых, часть таких обнаруженных объектов в процессе формирования довольно сильно разогрелась, но в их недрах не была достигнута температура, необходимая для начала термоядерных реакций…
…поэтому сейчас они излучают много тепла в виде инфракрасного излучения, хотя и светятся едва-едва, но нельзя исключать, что в дальнейшем некоторые из них могут разгореться и стать звездами…
– ?
– В недрах других схожих объектов ядерные реакции не могут компенсировать потерю энергии на излучения, и они сейчас, как считается, остывают, а позже они станут планетоподобными объектами, как, например, Юпитер или Сатурн, но только чуточку больших размеров…
Вот только подавляющее число современных ученых пока еще не признало факта существования проэволюционировавших звезд, которых в теории величают вырожденными коричневыми карликами…
…а про существование черных карликов, которые должны остыть до температуры межзвездной среды, они и слышать не хотят…
…судьбу же остывших нейтронных звезд они даже и не обдумывают…
– Но ведь 14 миллиардов лет – это очень много!
– Плотность вырожденных звезд, если тебе это еще до сих пор непонятно, – колоссальна, а их температура крайне высока, к тому же раньше, как твердит логика, звезды были намного массивнее, поэтому после смерти звезд первых поколений на свет появлялись либо черные дыры, либо нейтронные звезды, которые в дальнейшем превращались в черные дыры…
– А почему раньше звезды были массивнее?
– Чтобы понять ответ на этот вопрос, а заодно и узнать, как зарождались галактики, необходимо заглянуть в то время, когда звезд еще не было…
– Оказаться во Вселенной через 550 миллионов лет после Большого взрыва?
– Ну, если придерживаться этой теории…
– Слушай, а ведь жуткое время тогда было, если даже взгляду некуда было упасть…
– Ты можешь тише молчать?
– …
– Итак, если придерживаться теории Большого взрыва и оказаться в эпохе Темных веков, то невозможно сказать, каков тогда был объем Вселенной, вращалась ли Вселенная вокруг своей оси или нет, какова в то время была структура Вселенной, и в какой именно концентрации тогда было вещество…
…но многие современные ученые считают, что в те далекие времена…
…так как Вселенная занимала куда меньший объем, чем сейчас, и вся материя Вселенной была заключена в этом сравнительно небольшом объеме, то в этой почти однородной среде, из-за расширения Вселенной, как я понял из услышанных пространных объяснений, стали появляться разрывы, гигантские разрывы…
…в результате чего вся Вселенная разделилась на несчетное количество неодинаковых частей…
…а итогом этого деления Вселенной стало появление обособленных исполинских высококонцентрированных облаков водорода…
…и эти облака водорода были настолько высококонцентрированными и исполинскими, что являлись они прародителями не отдельных звезд и галактик, а целых скоплений галактик…
– Скоплений галактик?
– …и в этих исполинских обособившихся высококонцентрированных облаках водорода, благодаря гравитационной конденсации, сначала стали появляться небольшие сгустки газа, которые немного позже соединились в сжимающиеся туманности, потом сжимающиеся туманности переродились в протозвезды, а протозвезды со временем стали самыми первыми звездами…
А теперь небольшое пояснение: так как несметное количество горящих сейчас звезд состоит в основном из водорода, а преимущественно из водорода и состояло неисчислимое количество проэволюционировавших к настоящему времени звезд, то можно сделать вывод, что водорода раньше было во много крат больше, чем сейчас…
…а поскольку водорода было тогда в переизбытке, то самые первые звезды должны были быть гипермассивными, и вращались они вокруг своей оси, похоже, во много раз быстрее нынешних звезд…
…а благодаря силе притяжения самые первые звезды, а может даже и протозвезды, стали притягиваться друг к другу, в результате чего и образовывались зародыши будущих галактик…
Что могло дальше происходить в те времена с зародышами будущих галактик? Если посмотреть на тот мир глазами современных ученых, то можно предположить, что простое перемещение в пространстве звезд и протозвезд могло создавать завихрения в окружающих их высококонцентрированных звездных колыбелях, что приводило к образованию новых сжимающихся туманностей, которые в конечном итоге превращались в звезды…
…поэтому, если следовать этой логике, первые поколения звезд могли входить или даже образовывать системы кратных звезд, которые вращались вокруг общего центра инерции…
– А это что за бяка?
– …и передвижения этих кратных звезд создавали новые завихрения в исполинских звездных колыбелях…
…появлялись, а потом, возможно, и разрушались уже целые звездные шаровые скопления…
…но как бы там ни было, а эффект домино, получается, уже начался, а если проще, то началась эпидемия звездообразования…
Но поскольку первые звезды были гипермассивными, то жизнь их была довольно коротка, и после их смерти стали появляться черные дыры…
…реже – нейтронные звезды, которые немного погодя превращались в черные дыры…
– И?
– А теперь вспомни: когда сверхмассивные и гипермассивные звезды умирают, то их внешние слои сбрасываются в пространство со скоростью в несколько тысяч километров в секунду…
Сколько при этом вещества выбрасывается в окружающее звезду пространство – точно подсчитать невозможно, но ты всего лишь представь, что в диаметре некоторые современные сверхгиганты больше Солнца в 400–800 раз, а вот нейтронные звезды в диаметре всего лишь десять – двадцать километров…
– Лихо…
– Тсс! Так вот, в момент гибели сверхмассивных и гипермассивных звезд вся эта масса вещества, разогретая до многих миллионов градусов и летящая с огромной скоростью, разлетается во все стороны…
…и такой взрыв, если в звездной колыбели водорода еще в избытке, может инициировать, как сейчас считается, рождение новых, правда, менее массивных звезд…
…отчего количество звездного населения в галактиках, согласно этой гипотезе, также увеличивается…
…и такие звезды, которые родились в результате смерти звезд первого поколения, считаются звездами второго поколения, поскольку в них присутствует вещество своих предшественниц…
…наша же звезда – Солнце – это, как убеждают современные ученые, типичная звезда третьего поколения…
– Гм…
– Как видишь, с этой точки зрения любая одинокая протозвезда или звезда, допустим, выброшенная из материнской галактики, и это не говоря уже о небольшом скоплении звезд, теоретически при самых благоприятных условиях может стать прародительницей галактики…
…иначе сложно объяснить существование молодых галактик в настоящее время, водорода-то по сравнению с теми давними временами стало меньше…
…а тебе, надеюсь, стал понятен принцип зарождения галактик, который сейчас рассматривается современными учеными?
– Сейчас, сейчас…
…причиной зарождения галактик является появление одинокой звезды…
– Необязательно! Во Вселенной все движется! Движутся и протозвезды! И если некая… даже зарождающаяся протозвезда, отставшая, допустим, от какой-либо галактики, будет двигаться сквозь богатое водородом межгалактическое облако…
– …то она может набрать массу, а ее прохождение сквозь богатую водородом звездную колыбель может привести к зарождению новых протозвезд…
– …и со временем эти протозвезды и звезды, благодаря силе притяжения, могут войти или образовать системы кратных звезд, которые будут вращаться вокруг общего центра инерции, а это уже может спровоцировать начало глобальной эпидемии звездообразования…
– …и когда в их недрах закончится водород…
– Не водород, а термоядерное топливо! То они начнут взрываться, а их смерть, по мнению современных ученых, также может привести к зарождению звезд следующего поколения, отчего количество новых звезд в галактике может заметно увеличиться…
Что потом происходит с вырожденными ядрами звезд самых первых поколений? Если они вдруг были нейтронными звездами, то со временем, так как различной материи в пространстве еще очень много, они превращаются в черные дыры…
…а черные дыры имеют свойство поглощать все, вследствие чего они растут в массе и объеме. Поэтому в центре крупных спиральных галактик существуют сверхмассивные черные дыры, вокруг которых вращаются остальные звезды галактики и концентрация которых уменьшается к периферии…
– А…
– Подожди! Так уж получается, что рост звездного населения в большинстве крупных галактик приводит к тому, что любая звезда вращается вокруг центрального тела галактики или, если хочешь, любая звезда вращается вокруг центральной черной дыры галактики, притом каждая со своей орбитальной скоростью…
…но благодаря все той же силе притяжения отдельные звезды или даже звездные системы притягиваются друг к другу, отчего они временно группируются, выстраиваясь изогнутыми вереницами, которых называют галактическими рукавами…
…то есть галактические рукава – это временная группировка звезд, которую любая звезда может когда-то покинуть…
…но пока любая из звезд потихоньку мигрирует, она может быть пленена гравитационным полем другой звезды, и тогда она станет одним из компонентов двойной звездой системы или же она даже может войти в состав кратной звездной системы…
…а от этого ее дальнейшая судьба может коренным образом измениться, но эта тема уже для другого разговора…
А пока остается лишь добавить, что так как звезды обладают мощными гравитационными полями, то эти гравитационные поля на каком-то расстоянии удерживают вокруг звезды большое количество различных газов и пыли, поэтому процессы звездообразования идут сейчас, как говорят, либо в галактических ядрах, либо в галактических рукавах…
…а во внегалактическом пространстве видимой части Вселенной ни одной протозвезды не обнаружено…
…правда, обязан тебе сказать – обнаружить протозвезды даже в галактиках очень и очень сложно, во внегалактическом же пространстве, насколько я представляю, их обнаружить вообще невозможно…
– Все это увлекательно и занимательно, но насколько я понимаю, чтобы разрушить мое предположение о зарождении Вселенной в результате столкновения неких сверхчастиц, ты изобразил принцип зарождения спиральных галактик, правильно? А как же тогда появились карликовые, неправильные и эллиптические галактики?
– А ты попробуй ответить на вопрос: каково должно быть строение юной галактики, которая состоит из нескольких десятков, сотен или даже из нескольких миллионов звезд?
– Откуда ж мне знать?
– Да я ж тебе это только объяснил!
– Мм…
– Если придерживаться прозвучавшей гипотезы о зарождении галактик, то по форме юная галактика должна быть карликовой шарообразной или карликовой неправильной галактикой…
…а когда она повзрослеет и разрастется, и за это время с ней ничего не случится, то она станет типичной крупной спиральной галактикой…
А теперь рассмотри этот вопрос с другой стороны…
– С какой еще другой стороны?
– Галактики возникли не синхронно, они и сейчас зарождаются, при этом они находятся от Земли очень далеко, на расстоянии в миллионы и в миллиарды световых лет, и каждая из них находится от Земли на разном расстоянии…
…поэтому строение двух галактик-сверстниц, находящихся от Земли на значительно разных расстояниях, будет казаться неодинаковым…
…скажем, какая-нибудь зрелая галактика, находящаяся от нас на расстоянии… в десять миллионов световых лет, будет выглядеть спиральной, а ее ровесница, но находящаяся от нас на расстоянии в… миллиарды световых лет, может казаться неправильной или даже карликовой…
…то есть мы видим далекие галактики такими, какими они были раньше, и там, где они находились в прошлом…
…а из этого можно сделать один очень нехороший вывод: нельзя утверждать, что каких-то по своей структуре галактик во Вселенной столько-то, а других всего столечко…
– Ну…
– А сейчас взгляни на этот вопрос с третьей стороны…
– И много у тебя этих сторон?
– Нет во Вселенной ни одной галактики, которая всегда оставалась бы на одном и том же месте. Все галактики перемещаются в пространстве, и перемещаются они с достаточно высокими скоростями…
…и бывает такое, что галактики сближаются, а это довольно заурядное явление…
…поэтому здесь можно утверждать, что некоторые неправильные галактики, в которых количество звездного населения может измеряться как сотнями, так и миллиардами звезд, раньше имели совсем иную форму и структуру…
…а эти коренные изменения могли произойти под влиянием могучих гравитационных полей других галактик, например, при значительном сближении двух галактик их форма и структура может измениться до неузнаваемости…
…так что я не вижу ничего удивительного в существовании крупных неправильных галактик, которые выглядят так хаотично…
– Как Магеллановы облака?
– У нас же был уговор, что мы не будем называть никаких имен!
– Хорошо, хорошо…
…но Бать! Допустим, с карликовыми, неправильными и линзовидными галактиками мы разобрались, а откуда же тогда взялись эллиптические галактики?
– Галактики во Вселенной не только время от времени сближаются, они еще и сталкиваются! И, как заявляют современные астрономы, практически все известные крупные галактики в прошлом сталкивались…
…поэтому, в принципе, нельзя исключать и того, что нынешние карликовые и неправильные галактики когда-то могли быть частью рукавов или даже ядром какой-нибудь спиральной галактики, которая была разрушена во время такого столкновения…
…а что касается появления во Вселенной эллиптических галактик, то при столкновении двух галактик нередко появляется одна укрупненная эллиптическая галактика…
…и такая трансформация вполне может случиться с нашей Галактикой, если, разумеется, через… четыре миллиарда лет она столкнется с галактикой Андромеды…
…а если так все и произойдет, то эта появившаяся эллиптическая галактика через миллиарды лет может принять форму спиральной галактики с перемычкой или, как их еще называют, галактики с баром…
– А сталкивалась ли эта Галактика с какой-нибудь другой галактикой?
– Конечно, сталкивалась, и сталкивалась не раз…
…скажу больше: некоторые современные ученые считают, что около двух миллиардов лет назад Млечный Путь поглотил какую-то карликовую галактику…
…и существует гипотеза, что Солнечная система родом как раз из той карликовой галактики…
– И что же происходит со звездами при столкновении галактик?
– А что может с ними произойти? Меняются орбиты звезд, меняются их орбитальные скорости, их месторасположение…
– А звезды при этом не сталкиваются?
– Слияние галактик вовсе не влечет за собой… непосредственного столкновения звезд, космические расстояния все-таки велики, а между звездами гигантские расстояния, да и про космические скорости не следует забывать…
– А сколько звезд сейчас, предположим, в этой Галактике?
– Времени не было, поэтому и не считал, но ученые говорят, будто их от ста до четырехсот миллиардов…
– И ты хочешь сказать, что если пару миллиардов лет назад произошло столкновение галактик…
– Думаю, здесь правильнее было бы сказать, что произошло не столкновение галактик, а Млечный Путь просто-напросто поглотил какую-то карликовую галактику…
…а если сказать точнее, то за последние несколько миллиардов лет наша Галактика поглотила множество карликовых галактик…
– …то при таком количестве звезд ни одна из них не врезалась в другую?
– Я не знаю, как было пару миллиардов лет назад, ну, не был я тому свидетелем, но астрономы еще ни разу не наблюдали лобового столкновения звезд во всей видимой части Вселенной, и вряд ли они это увидят…
– Почему?
– Долго объяснять…
– Насчет времени не беспокойся…
– Многие темы вскрывать…
– Бать, прекрати юлить!
– Эх, тогда слушай: галактики – это звездные системы, в которых может быть от нескольких десятков до нескольких триллионов звезд. Любая звезда имеет заметную массу, а значит, и заметное гравитационное поле, поэтому суммарное гравитационное поле любой галактики, которое состоит из множества звезд, колоссально.
Когда галактики сближаются, то задолго до их столкновения, в какую бы сторону они не были закручены, под каким бы углом и с какой бы скоростью они не летели навстречу друг другу, у них всегда появляется центр инерции, вокруг которого перед столкновением они будут вращаться…
…становясь с каждым новым оборотом все ближе и ближе…
– Да что такое центр инерции? А то все центр инерции, да центр инерции…
– Центр инерции или центр масс – это точка, характеризующая распределение масс в теле или механической системе…
– А если попроще?
– Если попроще? В твердом однородном теле, например, в железном шаре, находящемся в однородном гравитационном поле, центр масс будет совпадать с центром тяжести. Если говорить на языке астрономов о какой-либо механической системе, а именно так они рассматривают галактики, двойные звезды или даже планеты с их спутниками, то ты просто положи на воображаемую линейку два тела разной массы…