Природа звезд

Содержание
Введение
1. Многообразие звезд.
2. Характеристика звезд.
3. Научные познания Галактики.
Заключение
Список литературы

Природа звезд

Солнце – это звезда, лишенная горячих спутни­ков. Во Вселенной есть двойные, тройные и еще более сложные звездные системы, в которых существуют силы взаимного притяжения и обращаются вокруг общего центра масс.
Впервые внегалактические туманности были подробно описаны спутником и биографом Магеллана Пигафеттой во время знаменитого кру­госветного путешествия. Они вошли в историю науки под названием Магеллановых облаков - Большого и Малого.
3. Научные познания Галактики.
Научные исследования последних лет, в частности радиоастрономические, пока­зали, что Магеллановы облака - это своеобразные спутники нашей Галактики: они обращаются вместе с ней вокруг общего центра. А поскольку в этой „тройной систе­ме" наша Галактика по своей массе наибольшая, то Магеллановы облака можно считать ее спутниками.
На расстоянии около 2 миллионов световых лет от нас находится хорошо извест­ная теперь многим туманность Андромеды. По своему строению она напоминает нашу Галактику, но значительно превосходит ее своими размерами. По-видимому, это одна из самых больших галактик в нашей области Вселенной. Туманность Андро­меды можно наблюдать даже в обычный бинокль, а при благоприятных условиях — и невооруженным глазом. Но то, что мы видим, лишь центральная часть туманности; действительные размеры Андромеды гораздо больше видимой части. Подобно нашей Галактике, галактика Андромеды имеет спутников - две эллиптические туманности, состоящие из огромного количества звезд.
Галактика Андромеды вместе с нашей Галактикой и другими соседними звезд­ными системами образуют так называемую Местную систему галактик.
Еще в первой четверти текущего столетия ученые представляли себе Вселенную как нечто неизменное, стационарное, не меняющее своих основных свойств. Однако в 1922 году советский математик А. А. Фридман, решая уравнения теории относитель­ности А. Эйнштейна, пришел к выводу, что материя в нашей области Вселенной долж­на либо расширяться, либо сжиматься, либо пульсировать. Астрономы в свою очередь обнаружили в спектрах излучения звездных островов - галактик – «красное смещение» спектральных линий. Это смещение тем сильнее, чем дальше находится от нас та или иная галактика.
Эффект Доплера - суть его состоит в том, что при удалении от нас какого-либо источник излучения воспринимаемая нами частота колебаний излучения должна уменьшаться, а длина волны соответственно увеличиваться. Когда же источник излучения прибли­жается, наблюдается обратное явление. Если источник излучает свет, то при его удалении происходит „покраснение", то есть линии спектра сдвигаются в сторону бот; длинных красных волн. А если он приближается, то будет наблюдаться „фиолетовое смещение" Вполне естественно, что ученые связали с этим эффектом Доплера и красное смещение, которое они наблюдали в спектрах галактик.
На основе концепций можно рассмотреть возникновение и развитие различных космических объектов. Одна из них, наиболее распространенная, - ее часто называют „классической" - исходит из того, что космические объекты образуются в результате сгущения конденсации рассеянного диффузного вещества - газа и пыли. Согласно другой концепции, развиваемой известным ученым академиком В. А. Амбарцумяном, космическиекие объекты возникают в результате распада на части, фрагментации плотных сверхплотных «прототел», сгустков «дозвездного» вещества.
Важно отметить одно весьма существенное обстоятельство: и гипотеза конденсации, и гипотеза распада исходят из предположения о том, что звездная форма материи образуется из объектов хотя и иной физической природы, но также вполне материальных. В одном случае это рассеянные газ и пыль, в другом, возможно, cсверхплотные сгустки „дозвездного" вещества.
Несколько лет назад в результате радиоастрономических наблюдений было обнаружено, что из ядра нашей Галактики происходит непрерывное истечение водора. За год выбрасывается масса водорода, примерно в полтора раза превосходят, массу Солнца. Но наша Галактика существует около 15—17 миллиардов лет. Значит, за это время из ее ядра было выброшено 25 миллиардов солнечных масс. И основания предполагать, что в ту эпоху, когда наша Галактика была молода и богата энергией, этот процесс шел гораздо более бурно.
На подобную мысль наводят явления, наблюдаемые в ядрах некоторых других галактик. Так, в 1963 году американский астрофизик А. Сэндедж завершил работу по изучению движения газа в сравнительно близкой к нам галактике М-82. Ученый пришел к выводу: характер этого движения указывает на то, что приблизительно полтора миллиона лет назад из ядра галактики М-82 произошел выброс газовых масс, в миллион с лишним раз превосходящих массу Солнца. Согласно подсчета этот взрыв был эквивалентен взрыву термоядерного заряда с массой, равной 15 тысяч солнц.
Многочисленные факты такого рода не оставляют сомнений в том, что ядра галактик играют чрезвычайно важную роль в развитии звездных систем и их составных частей. Не исключена возможность, что они являются своеобразными центрами формирования космических тел. Вероятно, здесь происходит переход материи из одной формы в другую. Но такие переходы должны сопровождаться преобразованиями огромных количеств энергии. Поэтому можно предположить, что галактические ядра - могучие аккумуляторы энергии, способные выделять ее при определенных условиях. Весьма вероятно, что в этом случае мы столкнулись с еще неизвестным науке видом энергии, изучение которого в дальнейшем сможет пролить свет на скрытые пружины многих космических процессов.
В частности, активные процессы, происходящие в ядрах некоторых галактик, видимо, являются основными поставщиками энергии, обеспечивающей интенсивное радиоизлучение многих звездных островов.
Нельзя не сказать и еще об одном знаменательном открытии в космосе. В 1963 гг на очень больших расстояниях от нашей Галактики, на границах наблюдаемой Вселенной, были обнаружены удивительные объекты, получившие впоследствии название квазаров. При сравнительно небольших размерах (поперечники их составляют около нескольких световых недель или месяцев) квазары выделяют колоссальную энергию, примерно в 100 раз превосходящую энергию излучения самых гигантских галактик, состоящих из десятков и сотен миллиардов звезд.
Относительно природы квазаров было высказано немало предположений. Часть из них впоследствии отпала, часть продолжает обсуждаться. Но какие физические процессы могут приводить к выделению столь грандиозных количеств энергии, все еще остается неясным.
В то же время значительные успехи достигнуты в решении, другого вопроса: ка­кое место занимают квазары в ряду различных космических объектов? Астрономы обратили внимание на определенное сходство между квазарами и ядрами некоторых галактик, проявляющими особенно высокую активность. Как уже было сказано выше, квазары - весьма удаленные объекты. А чем дальше от нас находится тот или иной космический объект, тем в более отдаленном прошлом мы его наблюда­ем. Это связано с конечной скоростью распространения света. Хотя она и составляет 300 тысяч километров в секунду, даже при такой огромной скорости для преодоле­ния космических расстояний необходимы долгие годы, десятки, сотни, миллионы и миллиарды лет. Так что, глядя на небо, мы видим космические объекты - Солнце, планеты, звезды, галактики - в прошлом. Причем различные объекты - в разном прошлом. Например, Полярную звезду - такой, какой она была около шести веков назад. А галактику в созвездии Андромеды мы наблюдаем с опозданием на 2 миллио­на лет.
Квазары удалены от нас на миллиарды световых лет. Галактики же, в том числе и галактики с активными ядрами, в среднем расположены ближе. Следовательно, это объекты более позднего поколения, они должны были образоваться вслед за квазарами. Возникло предположение: не являются ли квазары протоядрами будущих галактик? Теми «зародышами», вокруг которых впоследствии возникают десятки и сотни миллиардов звезд, образующих звездные острова Вселенной?
В пользу подобного предположения говорит весьма высокая активность ядер некоторых галактик, сходная с активностью квазаров, хотя и несколько более сла­бая по своим масштабам. Особенно бурные процессы протекают в ядрах так называ­емых сейфертовских галактик. Эти ядра имеют очень малые размеры, сравнимые с размерами квазаров, и подобно им обладают чрезвычайно мощным электромаг­нитным излучением. В них происходят движения газа со скоростями, достигающими нескольких тысяч километров в секунду. У многих сейфертовских галактик наблюдаются выбросы компактных газовых облаков с массами в десятки и сотни солнечных масс. При этом выделяется колоссальная энергия.
Еще один класс галактик с активными ядрами, обладающими аномально сильным ультрафиолетовым излучением, был обнаружен астрономом Б. Е. Маркаряном. Изучение этих галактик привело к весьма интересным результатам. В частности, оказалось, что к их числу принадлежат звездные системы самых разных типов и размеров, более или менее равномерно распределенные по всей наблюдаемой области Вселенной. Это свидетельствует о том, что и подобные галактики, видимо, являются закономерной стадией в эволюции звездных систем.
Особенно важное значение имеет то обстоятельство, что значительная часть галактик Маркаряна проявляет явные признаки активности и эта активность связана с их ядрами. В ряде случаев она носит ярко выраженный взрывной характер.
Все это говорит о том, что излучение квазаров и активность ядер галактик связ­ны со сходными физическими процессами. Однако вопрос о природе этих процессов все еще остается открытым. Тем не менее, одна из гипотез представляет значительный интерес. Она связана с идеей так называемых черных дыр.
Если некоторая масса вещества оказывается в сравнительно небольшом объеме, критическом для данной массы, то под действием собственного тяготения такое вещество начинает неудержимо сжиматься. Наступает своеобразная гравитационная катастрофа — гравитационный коллапс. В результате сжатия растет концентрация массы. И, наконец, наступает момент, когда сила тяготения на ее поверхности становиться столь велика, что для ее преодоления надо было бы развить скорость, превосходящую скорость света. Но так как подобных скоростей распространения физического взаимодействий в природе не существует, то черная дыра ничего не выпускает наружу. Из этого замкнутого образования не могут вырваться ни лучи света, ни частицы. В то же время черная дыра может втягивать в себя окружающее вещество, увеличивая при этом свои размеры.
Из теории следует, что образование черных дыр во Вселенной может происходить различными путями. Так, они могут возникать в результате сжатия массивных на заключительных, стадиях их «жизни» или вследствие концентрации вещества в иг­ральных частях достаточно массивных звездных систем. В частности, высказывается предположение о том, что в ядрах галактик и квазарах могут находиться сверхмассивные черные дыры, которые и являются источниками энергии, обеспечивающей активность этих космических объектов. Они способны втягивать окружающее вещество, при этом энергия его падения в поле черной дыры может перерабатываться в другие виды энергии.
Не так давно было сделано интересное открытие, связанное с галактикой М-87 давно привлекающей к себе внимание. На фотографии этой галактики отчетливо видна яркая струя протяженностью около 6 тысяч световых лет, выброшенная, по-видимому, из ядра и состоящая из нескольких отдельных газовых сгустков с общей массой около 10 миллионов солнечных масс.
Данные, полученные в результате наблюдений этой галактики, позволяют пред­положить, что в непосредственной близости от ее центра сконцентрирована колоссальная слабосветящаяся масса, превосходящая 5 миллиардов солнечных масс. Не исключено, что это гигантская черная дыра, а может быть, какое-то иное сверхплотное образование еще неизвестной нам природы.
Еще сравнительно недавно в астрономии господствовали представления, которые являлись прямым продолжением идей классической физики. Развитие рассматривалось как медленный и плавный процесс перехода от одного стационарного состояния к другому. Считалось, что звезды постепенно рассеивают свое вещество и оно накапливается в виде гигантских туманностей. Туманности снова сгущаются в звезды и т. д. Однако новые открытия свидетельствуют о том, что существенное значение для развития материи в наблюдаемой области Вселенной, видимо, имеют нестационарные, в частности взрывные, процессы. Можно предполагать, что нестационарные явления представляют собой свое: разные поворотные пункты в развитии космических объектов, где совершаются переходы материи из одного качественного состояния в другое, возникают новые небесные тела.
Разумеется, вопрос о возникновении различных космических объектов и физи­ческой природе нестационарных явлений в космосе еще окончательно не решен. Над решением его астрономам придется еще немало поработать. В частности, одна I из самых животрепещущих проблем современной физики и астрофизики состоит в том, чтобы установить, в каком физическом состоянии находилось вещество до начала расширения Метагалактики. Видимо, это было состояние чрезвычайно высо­кой плотности. Для описания явлений, происходящих при столь высоких плотностях, современные фундаментальные физические теории, к сожалению, неприменимы. Дело в том, что при подобных условиях проявляются не только гравитационные, но и квантовые эффекты, характерные для процессов микромира. А теории, которая объединила бы те и другие, пока еще не существует. Над разработкой такой теории - квантовой гравитационной теории - сейчас уси­ленно работают физики-теоретики.
Несмотря на это, уже сейчас ясно, что и первоначальный плазменный сгусток, и то, из чего он образовался, были особыми формами существования материи. Не­которые ученые считают, что первоначальный сгусток возник из вакуума. Вакуум, который физика XIX столетия считала пустотой, в действительности представляет собой своеобразную форму материи, способную при определенных условиях «рож­дать» вещественные частицы без нарушения закона сохранения материи и дви­жения.
Что касается мирового пространства, то его неограниченность не вызывает сомнения. Мир - это материя, а материя не может иметь границ в том смысле, что за материальным миром может располагаться нечто нематериальное. И это, разумеется принципиальный философский вопрос - вопрос о материальном единстве мира.
Что же касается его конечности или бесконечности, то этот вопрос могут решить только конкретные науки - астрономия и физика.