Lumea stelelor prezintă o mare diversitate, semnele căreia sunt deja evidente atunci când privim cu ochiul liber cerul nopții. Studiul stelelor cu ajutorul instrumentelor astronomice și a metodelor astrofizicii a făcut posibilă sistematizarea lor într-un anumit fel și, datorită acestuia, să se ajungă treptat la înțelegerea proceselor care guvernează evoluția stelară.
În cazul general, condițiile în care a avut loc formarea unei stele determină principalele sale caracteristici. Aceste condiții pot fi foarte diferite. Totuși, în general, acest proces este de aceeași natură pentru toate stelele: ele se nasc din materie difuză - împrăștiată - gazoasă și praf, care umple galaxiile, prin compactarea acesteia sub influența gravitației.
Compoziția și densitatea mediului galactic
În ceea ce privește condițiile terestre, spațiul interstelar este cel mai profund vid. Dar la scară galactică, un astfel de mediu extrem de rarefiat cu o densitate caracteristică de aproximativ 1 atom pe centimetru cub este gazul și praful, iar raportul lor în compoziția mediului interstelar este de 99 la 1.
Principalul component al gazului este hidrogenul (aproximativ 90% din compoziție, sau 70% din masă), există și heliu (aproximativ 9%, iar în greutate - 28%) și alte substanțe în mici cantități. În plus, fluxurile de raze cosmice și câmpurile magnetice sunt raportate la mediul galactic interstelar.
Unde se nasc stelele
Gazul și praful în spațiul galaxiilor sunt distribuite foarte neuniform. Hidrogenul interstelar, în funcție de condițiile în care se află, poate avea diferite temperaturi și densități: de la o plasmă foarte rarefiată, cu o temperatură de ordinul a zeci de mii de kelvin (așa-numitele zone HII) la o ultrarece - doar câțiva kelvin - stare moleculară.
Regiunile în care concentrația de particule de materie este crescută din orice motiv, se numesc nori interstelari. Cei mai denși nori, care pot conține până la un milion de particule pe centimetru cub, sunt formați din gaz molecular rece. Au mult praf care absoarbe lumina, așa că sunt numite și nebuloase întunecate. La astfel de „frigidere cosmice” sunt limitate locurile de unde au apărut stelele. Regiunile HII sunt, de asemenea, asociate cu acest fenomen, dar stelele nu se formează direct în ele.
Localizare și tipuri de „leagăne stele”
În galaxiile spirale, inclusiv în propria noastră Cale Lactee, norii moleculari sunt localizați nu aleatoriu, ci mai ales în planul discului - în brațe spiralate la o oarecare distanță de centrul galactic. In neregulatÎn galaxii, localizarea unor astfel de zone este aleatorie. În ceea ce privește galaxiile eliptice, structurile de gaz și praf și stele tinere nu sunt observate în ele și este în general acceptat că acest proces practic nu are loc acolo.
Norii pot fi atât giganți - zeci și sute de ani lumină - complexe moleculare cu o structură complexă și diferențe mari de densitate (de exemplu, faimosul Nor Orion este la doar 1300 de ani lumină de noi), cât și formațiuni compacte izolate numite Globule Bok.
Condiții de formare a stelei
Nașterea unei noi stele necesită dezvoltarea indispensabilă a instabilității gravitaționale în norul de gaz și praf. Datorită diferitelor procese dinamice de origine internă și externă (de exemplu, rate diferite de rotație în diferite regiuni ale unui nor cu formă neregulată sau trecerea unei unde de șoc în timpul exploziei unei supernove în vecinătate), densitatea de distribuție a materiei în nor fluctuează. Dar nu orice fluctuație emergentă a densității duce la o comprimare suplimentară a gazului și la apariția unei stele. Câmpurile magnetice din nor și turbulențele contracarează acest lucru.
Zona de concentrație crescută a unei substanțe trebuie să aibă o lungime suficientă pentru a se asigura că gravitația poate rezista forței elastice (gradientul de presiune) a mediului de gaz și praf. O astfel de dimensiune critică se numește raza Jeans (un fizician și astronom englez care a pus bazele teoriei instabilității gravitaționale la începutul secolului al XX-lea). Masa conținută în blugiDe asemenea, raza nu trebuie să fie mai mică decât o anumită valoare, iar această valoare (masa blugilor) este proporțională cu temperatura.
Este clar că, cu cât mediul este mai rece și mai dens, cu atât raza critică este mai mică la care fluctuația nu se netezește, ci continuă să se compacteze. În plus, formarea unei stele are loc în mai multe etape.
Răsbușire și fragmentare a unei porțiuni de nor
Când un gaz este comprimat, se eliberează energie. În fazele incipiente ale procesului, este esențial ca miezul de condensare din nor să se poată răci în mod eficient din cauza radiației din domeniul infraroșu, care este efectuată în principal de molecule și particule de praf. Prin urmare, în această etapă, compactarea este rapidă și devine ireversibilă: fragmentul de nor se prăbușește.
Într-o astfel de zonă care se micșorează și în același timp se răcește, dacă este suficient de mare, pot apărea noi nuclee de condensare a materiei, deoarece odată cu creșterea densității, masa critică a Jeans scade dacă temperatura nu crește. Acest fenomen se numește fragmentare; datorită lui, formarea stelelor are loc cel mai adesea nu una câte una, ci în grupuri - asociații.
Durata etapei de compresie intensă, conform conceptelor moderne, este mică - aproximativ 100 de mii de ani.
Încălzirea unui fragment de nor și formarea unei protostea
La un moment dat, densitatea regiunii de colaps devine prea mare și își pierde transparența, drept urmare gazul începe să se încălzească. Valoarea masei de blugi crește, fragmentarea ulterioară devine imposibilă și compresia subdoar fragmentele care s-au format deja până în acest moment sunt testate prin acțiunea propriei gravitații. Spre deosebire de etapa anterioară, din cauza creșterii constante a temperaturii și, în consecință, a presiunii gazului, această etapă durează mult mai mult - aproximativ 50 de milioane de ani.
Obiectul format în timpul acestui proces se numește protostea. Se distinge prin interacțiunea activă cu gazele reziduale și materia prafului din norul părinte.
Caracteristici ale protostarurilor
O stea nou-născută tinde să arunce energia contracției gravitaționale în exterior. În interiorul acestuia se dezvoltă un proces de convecție, iar straturile exterioare emit radiații intense în infraroșu, iar apoi în domeniul optic, încălzind gazul din jur, ceea ce contribuie la rarefierea acestuia. Dacă există o formare a unei stele de masă mare, cu o temperatură ridicată, aceasta este capabilă să „cureze” aproape complet spațiul din jurul ei. Radiația sa va ioniza gazul rezidual - așa se formează regiunile HII.
Inițial, fragmentul părinte al norului, desigur, într-un fel sau altul, s-a rotit, iar atunci când este comprimat, datorită legii conservării momentului unghiular, rotația se accelerează. Dacă se naște o stea comparabilă cu Soarele, gazul și praful din jur vor continua să cadă pe ea în conformitate cu momentul unghiular, iar în planul ecuatorial se va forma un disc de acreție protoplanetar. Datorită vitezei mari de rotație, gazul fierbinte, parțial ionizat din regiunea interioară a discului este ejectat de protostea sub formă de fluxuri polare cu jet cuviteze de sute de kilometri pe secundă. Aceste jeturi, ciocnind cu gazul interstelar, formează unde de șoc vizibile în partea optică a spectrului. Până în prezent, câteva sute de astfel de fenomene - obiecte Herbig-Haro - au fost deja descoperite.
Protostelele fierbinți apropiate în masă de Soare (cunoscute sub numele de stele T Tauri) prezintă variații haotice de luminozitate și luminozitate ridicată asociate cu raze mari, pe măsură ce continuă să se contracte.
Începutul fuziunii nucleare. Stare tânără
Când temperatura din regiunile centrale ale protostelei atinge câteva milioane de grade, acolo încep reacțiile termonucleare. Procesul de naștere a unei noi stele în această etapă poate fi considerat încheiat. Soarele tânăr, așa cum se spune, „se așează pe secvența principală”, adică intră în etapa principală a vieții sale, în timpul căreia sursa energiei sale este fuziunea nucleară a heliului din hidrogen. Eliberarea acestei energii echilibrează contracția gravitațională și stabilizează steaua.
Caracteristicile cursului tuturor etapelor ulterioare ale evoluției stelelor sunt determinate de masa cu care s-au născut și de compoziția chimică (metalicitatea), care depinde în mare măsură de compoziția impurităților elementelor mai grele decât heliul. în norul inițial. Dacă o stea este suficient de masivă, va procesa o parte din heliu în elemente mai grele - carbon, oxigen, siliciu și altele - care, la sfârșitul vieții sale, vor deveni parte a gazului și prafului interstelar și vor servi drept material pentru formare. de noi stele.
