В первой части темы (см.
"Эволюция звезд. (часть 1-я)" ) мы остановились на том, что в результате коллапса, скопление водорода (далее - СВ) преобразовалось в сжатый гравитационными силами, очень компактный (радиус 19 км) сгусток ионизированного вещества, состоящего из протонов и электронов.
Рассчитаем его примерную плотность.
Если плотность вещества в СВ перед началом ионизации составляла 70 кг/м3 (плотность жидкого водорода), а в результате ионизации размеры СВ уменьшились в сто тысяч раз, то мы получим плотность вещества протозвезды (далее - ПЗ) равную 7 х 1016 (кг/м3). Всего в каких нибудь десять раз меньше предполагаемой плотности нейтронной звезды (далее - НЗ).
----------------------------
Нейтронная звезда - космическое тело, являющееся одним из возможных результатов эволюции звёзд, состоящее, в основном, из нейтронной сердцевины, покрытой сравнительно тонкой (около 1 км) корой вещества в виде тяжёлых атомных ядер и электронов.
Массы нейтронных звёзд сравнимы с массой Солнца, но типичный радиус нейтронной звезды составляет лишь 10-20 километров. Поэтому средняя плотность вещества такого объекта в несколько раз превышает плотность атомного ядра ...
-----------------------------
Интересно, а те космические объекты, которые идентифицируют как НЗ, возможно и есть только что образовавшиеся ПЗ. Вот только горе-ученые думают, что так называемая НЗ - завершающая стадия эволюции звезды, а на самом деле все наоборот - это только что рожденная ПЗ.
Горе-ученым удалось измерить температуру поверхности тех звезд, которых они называют НЗ. Она составила от ста тысяч до миллиона градусов.
Вследствие высокого давления и температуры, внутри ПЗ сразу же начинается процесс синтеза гелия. Ядро гелия содержит два протона, и значит его заряд в два раза больше заряда ядра водорода. Следовательно, сила, с которой оно способно удерживать электроны, в два раза больше.
Совершенно логично предположить, что в тех условиях, в которых водород может находиться только в ионизированном состоянии, гелий способен сохранять электронную оболочку. Более того, синтезированные в недрах ПЗ, ядра гелия в состоянии захватывать из окружающей их среды электроны и создавать полноценные, атомы, с размерами, превышающими размеры ядер в сотни тысяч раз.
Таким образом, по мере того, как внутри звезд начнет синтезироваться гелий, их размеры станут возрастать в сотни и тысячи раз.
Приведем пример.
Предположим из всей первоначальной массы ПЗ (равной массе Солнца - 1,9885 х 1030, кг) подвергся синтезу всего один процент водорода. Тогда масса, получившегося в результате, гелия составит - 1,9885 х 1028, кг. Учитывая, что плотность жидкого гелия, а именно в таком состоянии он находится внутри звезд, равна - 130 кг/м3, можем рассчитать его объем.
Он составит 1,53 х 1026, м3.
Такой объем будет иметь шарообразное тело радиусом - 332 тысячи км, а это немногим меньше половины радиуса Солнца. По сравнению с ним размеры, первоначальной ПЗ (радиус - 19 км) малы настолько, что ими можно пренебречь.
Получается, что в молодых звездах, к числу которых принадлежит и наше Солнце, практически весь видимый объем создается за счет гелия. Масса же, которую вот уже 30 лет безуспешно разыскивают горе-ученые, в отчаяньи придумывая сказки про несуществующую темную материю, обеспечивается ионами водорода.
Кстати, наше Солнце всего на 9,2 % состоит из гелия. Остальное - водород.
Рассчитывается процент следующим образом: плотность жидкого гелия умножаем на объем Солнца. Получаем массу гелия. Соотносим с общей массой звезды и получаем долю гелия. В составе присутствуют конечно и другие химические элементы, но их содержание порядка одного процента и ими пока можно пренебречь.
Необходимо понять, что водород не находится где-то в одном месте, например в центре, или вблизи поверхности, или еще где-то. Он заполняет весь объем гелия, прошивая его насквозь в своем постоянном движении от центра звезды к поверхности и обратно.
Вообще, все звезды - это такие гигантские скопления жидкого, постоянно бурлящего, вещества. Поэтому весьма комично звучат рассуждения горе-ученых о каких-то слоях и уровнях, разделяющих среды разного химического состава.
Примерно так же комично звучало бы предположение, что в кастрюле кипящей воды, в которую намешали разных водорастворимых красок, можно разделить послойно краски разного цвета.
Итак, мы остановились на том, что, разогретая до температуры от ста тысяч до миллиона градусов, ПЗ начнет постепенно остывать, излучая тепло в окружающий космос, и увеличиваться в своих размерах, за счет синтезируемого, из водорода, гелия.
Очевидно, что ПЗ охлаждается не так же, как выключенный из розетки утюг. Внутри звезд на протяжении всей их жизни работает источник колоссальной энергии, за счет которой звезда светит миллиарды лет, а изменение её температуры происходит вследствие изменения размеров (площади поверхности излучения) и скорости синтеза гелия из водорода.
В статье
"Тёмная материя." мы разбирали вопрос энергетического баланса звезд.
Приведу цитату:
----------------------
... Энергия, которую звезда излучает в окружающее пространство (Ез) - есть разность энергии, выделяющейся в процессе конвективного движения внутризвёздного вещества (назовем её, условно, гравитационной энергией, поскольку гравитация имеет к ней некоторое отношение - Ег), и энергии, поглощаемой в процессе синтеза гелия из водорода (Ес), а также синтеза других более тяжелых элементов.
Ез = Ег - Ес , ...
--------------------------
Из курса физики средней школы мы знаем, что все тела при нагревании увеличивают свои размеры, а при охлаждении - уменьшают. В случае со звездами все обстоит "немного" иначе. Как мы выяснили несколькими абзацами ранее, звезда растет постоянно, с момента своего возникновения, независимо от того увеличивается её температура, или уменьшается. Происходит это потому, что причиной роста является преобразование её вещества из ионизированного состояния (водород) в атомарное (гелий).
На первом этапе своего развития ПЗ остывает и переходит из фазы, именуемой горе-учеными НЗ, в фазу Белого карлика.
Белый карлик (далее - БК) - это этап эволюции звезды, в течение которого она вырастает до размеров примерно в 100 раз меньше Солнца (размер Земли), постепенно охлаждаясь с 50 000 °К до 7 000 °К.
Относительно БК горе-ученые так же находятся в счастливом заблуждении, считая их, подобно НЗ, завершающей стадией эволюции звезд гигантов. Вот только проблема в том, что в спектрах 80% БК присутствует только линия водорода, а линии гелия нет. Интересно как это миллиарды лет звезда горела-горела, а гелия так и не образовалось. Для любого нормального человека данный факт явился бы причиной для сомнений, но только не для горе-ученых.
Как говорится, нет такого большого глобуса и такой маленькой совы, которую бы они не смогли на него натянуть. Горе-ученые тут же придумали объяснение этого странного факта.
По их мнению, все вещество звезды разделено на слои (это в кипящей-то среде). В процессе синтеза всего, чего угодно так получилось, что где-то внутри (по ни кому не известной причине) остался слой чистого водорода. И именно в этом месте (вот ведь какая удача) звезда разделилась на две неравные части. Внешняя (по ни кому не известной причине) улетела в космос, в результате чего на поверхности звезды оказался чистый водород. А внутри, под слоем водорода, безусловно есть и углерод, и кислород, и может даже железо.
Нелепость подобных фантазий не считаю нужным обсуждать ввиду их очевидной "притянутости за уши".
А теперь даю верное объяснение.
Ранее мы делали расчет размеров звезды, потратившей всего 1% водорода из имеющегося у неё запаса. У нас получилось, что такая звезда, радиально, будет всего в два раза меньше Солнца. БК - звезды размером с Землю, потому, что они еще молодые и количество гелия, которое в них синтезировано, исчисляется стотысячными долями процента. Остальное - водород. Естественно, при таком раскладе увидеть гелий в спектре звезды невозможно.
Такое объяснение подходит для 80% БК. Большинство остальных 20% - это звезды, в спектрах которых, наоборот, присутствует только линии гелия. Линии водорода и металлов (тяжелых химических элементов) отсутствуют.
К анализу причин появления такого рода БК мы вернемся позже, а сейчас продолжим исследование эволюции звезд в хронологической последовательности.
После стадии БК, все более остывая, звезда переходит в состояние Красного карлика (далее - КК). На этой стадии её температура опускается почти до 2000 °К, а размеры увеличиваются до размеров Юпитера (масса гелия - 0,1 %), т.е. становятся в 10 раз меньше Солнца.
Примерно в этих размерах звезды проходят нижнюю температурную точку 500-600 °К. В таком состоянии их называют Коричневыми карликами.
С этого момента дальнейшее увеличение размеров звезды приводит к росту её температуры. Звезда снова становится КК, затем меняет цвет на оранжевый, желтый и белый, одновременно увеличивая радиус до 2 солнечных (стадия бело-желтого карлика - БЖК).
Такой температурный кульбит обясняется следующим образом.
Дело в том, что значительная часть энергии звезды расходуется на синтез гелия (Ес). Процесс синтеза идет тем интенсивнее, чем большее количество протонов (ионов водорода) приходится на единицу объема звездного вещества.
В стадии НЗ концентрация протонов равна плотности вещества звезды, т.е. 7 х 1016 (кг/м3), или 70 млн. тонн в кубическом сантиметре.
На этапе БК плотность уменьшается до 1-2 х 109 (кг/м3), или 1-2 млн. тонн в куб. м;
- КК содержит уже всего 1-2 х 106 (кг/м3), или 1-2 тыс. тонн в куб.м;
- желтые карлики (далее - ЖК), солнцеподобные звезды - 1,3 х 103 (кг/м3), или 1,3 тонн в куб.м;
- бело-желтые карлики (БЖК) - всего 154 (кг/м3).
Другими словами, на начальной стадии своей жизни (НЗ, БК, КК) звезда тратит львиную долю (согласно расчетам почти 100%) производимой энергии на синтез гелия, и от быстрого остывания её спасает только маленький размер. Дальнейший рост хотя и увеличивает энергию теплового излучения, но на порядки замедляет скорость синтеза гелия, а значит большая часть производимой энергии остается в качестве тепловой и идет на разогрев тела звезды.
К слову, Солнце расходует на синтез гелия уже всего 96,6 % производимой энергии. На излучение в космос и на нас, в том числе, звезда тратит аж целых 3,4 %.
На стадии БЖК звезда увеличивается до размеров примерно в 2 раза больше Солнца, прогреваясь до температуры порядка 11000 °К, и постепенно уменьшая долю отдаваемую на синтез гелия энергии до 10% и менее.
Нашему светилу так же предстоит дорасти до таких параметров и для того, что бы не сгореть в его лучах землянам придется последовательно перебираться сначала на Марс, затем на пояс астероидов, предварительно слепив из него планету, а потом на спутники Юпитера и Сатурна (см.
"Загадки Солнечной системы. (часть 2-я)" ).
Горе-ученые придумали глупейшую страшилку о том, что Солнце, в конце своей жизни, увеличится до размеров красного гиганта и поглотит ближайшие к ней планеты, включая Землю. Мне непонятно какими законами физики они руководствовались, сочиняя такую лютую чушь, но даже если весь водород синтезируется в гелий, чего на самом деле не может произойти, звезда вырастет до размеров всего в 2,2 раза больше её нынешней величины.
Это предел, причем чисто теоретический.
В реальности, увеличение содержания гелия до величины, сравнимой с массой водорода, приведет к тому, что, параллельно с его синтезом, начнется синтез тяжелых химических элементов (кислород, углерод, железо и т.п. далее - ТХЭ).
Происходить это будет не так, как себе нафантазировали горе-ученые, а посредством бомбардировки протонами (и нейтронами) ядер атомов гелия. И чем меньше внутри звезды будет оставаться протоно-нейтронной смеси, тем интенсивнее процесс синтеза гелия будет замещаться синтезом ТХЭ.
Когда же звезда увеличится до 2 радиусов Солнца, процесс синтеза гелия прекратится совсем и начнется его радиоактивный распад.
Причиной распада гелия, в данном случае, станет трансформация внутриядерной энергии в тепловую посредством гравитационного взаимодействия. (см.
"Движение литосферных плит (часть 1-я)." ).
Образовавшиеся, в результате распада нестабильных ядер гелия, протоны и нейтроны, вступят в реакцию с оставшимся гелием с образованием на его основе ТХЭ.
Таким образом, вследствие трансформации гелия в ТХЭ, вещество звезды начнет уплотняться, а размеры её уменьшаться. С этого момента бывшим землянам придется вновь переселяться, но уже в обратном направлении. Через сотни миллионов лет мы вернемся на Землю, поживем на ней какое-то время и переселимся на Венеру, а потом возможно и на Меркурий.
Но это только в том случае, если ситуация в космосе, вблизи Солнца и всей системы планет в дальнейшем, будет развиваться в таком же спокойном ключе, как до сегодняшнего дня.
О том, что может произойти с планетами Солнечной системы в случае неблагоприятного развития событий и какая связь этих событий с образованием двойных звезд, звезд-гигантов, переменных звезд и сверхновых, мы поговорим в следующей части темы.
(Продолжение)