Астрономические объекты

Вселенная наполнена бесчисленным количеством самых разнообразных объектов – от элементарных частиц до черных дыр. Эти объекты порой очень беспокойны – они превращаются в другие объекты, распадаются, соединяются и даже уничтожают друг друга. Большинство из нас знакомы со звездами, планетами и спутниками. Но помимо этих общеизвестных небесных объектов, существует множество других, удивительных достопримечательностей Вселенной.

Начальная ступень астрономических объектов – космическая пыль. Она образована частицами размером от молекулы до нескольких микрон. При уплотнении космической пыли возникают газовые облака, или туманности. Которые являются основными строительными блоками Вселенной. Сжимаясь под действием сил притяжения, туманности могут превращаться в звезды. Одними из самых удивительных по красоте скоплениями космической пыли являются Столпы Творения. Они были открыты в 1995 году с помощью космического телескопа Хаббл, а в 2007 году появились сообщения, что Столпы Творения уничтожены 6000 лет назад взрывом сверхновой. Хотя фактически Столпов больше нет, в ближайшем тысячелетии их все еще можно будет увидеть.

Газовое облако под действием сил гравитации начинает сжиматься, в нем образуются области с повышенной плотностью вещества. В этих областях зарождаются протозвезды – зародыши будущих звезд. Начинается этап быстрого сжатия, когда вещество внутри протозвезды начинает свободное падение к ее центру. На этом этапе безраздельно царствует гравитация. И хотя при сжатии газ должен был бы нагреваться, его температура почти не меняется: избыток тепла уходит в виде инфракрасного излучения, для которого протозвезда совершенно прозрачна. Так проходит около 100 тысяч лет, в ходе которых размер протозвезды сокращается в 100 тысяч раз, а плотность вещества возрастает в миллионы миллиардов раз — от почти полного вакуума до плотности комнатного воздуха.

Вскоре (по космическим меркам) наступает момент, когда уплотнившаяся протозвезда становится непрозрачной для собственного инфракрасного излучения. Отвод тепла снижается, а сжатие газа приводит к его еще более быстрому нагреву, давление возрастает и уравновешивает силу тяжести. Теперь протозвезда не может сжиматься быстрее, чем позволяет медленное охлаждение с поверхности. Эта фаза длится примерно 50 миллионов лет, и за это время размер будущей звезды уменьшается примерно в десять раз, а вещество сжимается примерно до плотности воды.

По мере сжатия вещества температура ядра протозвезды продолжает расти и при достижении порога в несколько миллионов градусов начинаются термоядерные реакции: водород превращается в гелий с выделением тепла, которое компенсирует его потерю с поверхности. Сжатие прекращается - протозвезда стала звездой. Те звезды, которым не хватило температуры для начала термоядерной реакции, становятся коричневыми карликами, которые остывают за несколько миллионов лет и затем становятся невидимыми.

Оставшееся после строительства звезды вещество, которое под действием гравитации закручивается по форме спирали, содержит не только легкие молекулы водорода и гелия, но и пылинки, состоящие из молекул более тяжелых веществ. Частицы пыли в протопланетном диске, хаотически двигаясь вместе с потоками газа, сталкиваются друг с другом и при этом иногда слипаются, иногда разрушаются. Более тяжелые пылинки начинают приближаться к звезда, а более легкие – отдаляться. Постепенно пылинки собираются в тела километрового размера и начинают сгребать вокруг себя почти всю первичную пыль. Возникают зародыши планет, которые начинают поглощать все вещество, в том числе и других зародышей в зоне своей орбиты. Вскоре в зоне орбиты появляются полноценные планеты, имеющие твердое ядро, если они родились вблизи звезды и изначально газообразное – если вдали.

После образования планет вокруг звезды эволюция цикла не прекращается. В зависимости от изначальной массы звезды ее изменение происходит с разной скоростью. Немассивные звезды все делают медленнее - и рождаются, и живут. К таким звездам относятся так называемые карлики – более мелкие красные и более крупные - желтые (Солнце является желтым карликом). Самые тяжелые и большие нормальные звезды называются голубыми гигантами.

Звезда работает как термоядерный реактор, который выжигает водород ядра, превращая его в гелий. Когда водород в центре ядра заканчивается, термоядерная реакция продолжается только на внешней оболочке гелиевого ядра. В это время солнцеподобная звезда начинает свое очередное превращение. Она начинает увеличиваться в размерах, а температура поверхности падает. Звезда становится красным гигантом. Масса гелиевого ядра продолжает расти и когда оно не выдерживает собственного веса и начинает сжиматься, начинается термоядерный синтез более тяжелых элементов – гелий превращается в углерод, затем углерод в кислород и так далее вплоть до железа. В зависимости от массы звезды она превращается в белого или красного карлика, состоящего из одного только остывающего гелиевого ядра.

Совсем другая дальнейшая жизнь предстоит у массивных звезд, размер которых в 5 и более раз больше размера Солнца. По мере изменения термоядерного синтеза водород-гелий-углерод-кремний-железо после синтеза изотопа железа дальнейшая реакция становится невозможна. Когда такие звезды вырастают до размеров красного сверхгиганта, они прекращают свое существование взрывом сверхновой. Взрыв в течении нескольких секунд разрывает ядро звезды и разбрасывает материю далеко за пределы мгновенно погибающей звездной системы, одновременно синтезируя все остальные существующие в природе химические элементы. Разлетающиеся остатки материи образуют газовые облака и цикл рождения звезд повторяется.

Иногда при взрыве сверхгигантов гравитация становится настолько сильной, что электроны поглощаются ядром атомов и ядро звезды превращается в шар чудовищной плотности и миниатюрных размеров. Их диаметр может не превышать нескольких километров при массе большей, чем масса Солнца. Фрагмент такой звезды объемом в один кубический сантиметр может иметь массу сотни миллионов тонн. Помимо чудовищной плотности, нейтронная звезда иногда вращается вокруг своей оси с огромной скоростью, и если земля попадает в конус ее излучения, ее называют пульсар, так она ее излучение выглядит пульсирующим.

Еще более чудовищные создания порождают сверхмассивные звезды, сжатие ядра которых продолжается поле взрыва сверхновой. В определенный момент их масса становится настолько велика, а размеры малы, что даже свет не может там избежать гравитационного притяжения. Это та область, где вторая космическая скорость превышает скорость света. В черной дыре нет движения, нет даже времени – оно останавливается. Одним из популярных феноменов черной дыры является процесс падения человека в черную дыру. Если падать в черную дыру вперед головой, то скорость падения головы будет значительно превышать скорость падения остальных частей тела и человек вытянется в цепочку атомов, но в центре черной дыры гравитация снова уменьшится и есть шанс «самовосстановиться». Достигнув центра черной дыры, будет доступен другой интересный эффект: так как свет не может покинуть черную дыру, можно будет видеть все, что окружает саму дыру, но снаружи житель черной дыры будет невидим.

Несмотря на внушительное гравитационное поле, Стивен Хокинг предположил, что черные дыры постепенно теряют материю, из которой состоят. С другой стороны, черные дыры сами по себе не существуют – они постоянно притягивают к себе звезды и межзвездный газ. Разросшиеся сверхмассивные черные дыры становятся центрами галактик и продолжают поглощать окружающее вещество. Это заканчивается колоссальным взрывом, во время которого вся масса чёрной дыры испаряется за несколько секунд или минут. Кроме черных дыр, предполагается существование их противоположностей – белых дыр. Если из черной дыры невозможно выбраться, то в белую дыру невозможно попасть.

Кроме превращения звезд в карликовые объекты, нейтронные звезды и черные дыры, существует еще несколько типов объектов вселенной. Нейтронная звезда может обладать мощнейшим магнитным полем, в этом случае она называется магнетар. Несмотря на то, что магнетары удалены на огромные расстояния от Земли, всплески их излучения нередко достигают Солнечной системы.

Предполагается также существование промежуточного класса звезд, которые не относятся ни к нейтронным звездам, ни к черным дырам. Такие звезды называются кварковыми. Возможно, нейтронные звезды не всегда взрываются вспышкой сверхновой, а их материя вырождается в кварковую, которая существовала с первые мгновения после Большого Взрыва. В кварковой звезде существуют все четыре известных взаимодействия материи, а также, возможно, поле Хиггса. Рождение кварковой звезды сопровождается самым мощным из известных всплеском энергии. Ближайшие родственники кварковых звезд – преоны, которые, возможно. Сформировались на этапе Большого Взрыва.

В центре ядра Галактик помимо черных дыр существуют и другие не менее интересные объекты – квазары. Они являются одними из самых ярких объектов вселенной, и одновременно очень малым размером. От обычных звезд их отличает мощное радиоизлучение, именно благодаря ему они и были впервые обнаружены. Скорее всего квазары – это молодые галактики, в которых сверхмассивная черная дыра в центре активно поглощает окружающее вещество и происходи выброс энергии. В триллионы раз превышающий энергию Солнца. Процессы в квазаре являются, пожалуй самыми катастрофическими во вселенной.

При некоторых условиях на этапе возникновении протозвезд возможно появление не одного, а двух ядер, в таком случае появляется двойная звездная система. Помимо обычных звезд, парные системы могут образовываться с участием обычной и нейтронной звезд или обычной звезды и черной дыры. При этом нередко начинает галактический каннибализм – одно тело поглощает другое. Двойные звезды также склонны воровать планеты у своих одиночных соседей, так как обладают большей гравитацией. Иногда более сильная звезда разрывает своим полем слабую соседку и за счет этого образует собственную планетарную систему.

Вокруг массивных объектов вселенной образуются галактики – скопления звезд, межзвездного газа, обломков и темной материи. Форма галактик отличается большим разнообразием – они могут быть спиральными, с перемычкой, эллиптическими, линзовидные или вообще иметь неправильную форму. Земля находится в пределах галактики Млечный путь.

Так же как и звезды. Галактики обладают весьма кровожадным нравом и стремятся поглотить более слабых соседей. Более массивная галактика может начать вытягивать межзвездный газ и темную материю из более слабой, лишая ее возможности формирования новых звезд. Иногда сразу две галактики начинают разрывать одну, более слабую, в конечном итоге это приведет к полному поглощению более слабой и тогда два хищника примутся за уничтожение друг друга. Млечный путь тоже не является мирной галактикой – в ближайшие 4-5 миллиардов лет она готовится атаковать соседнюю галактику Андромеды. К счастью, для Земли эта битва не будет иметь никаких последствий – Солнце к моменту окончания битвы уже станет красным гигантом и поглотит Землю.

Одной из составных частей галактик является темная материя. Темная материя - это не антивещество, ее существование следует из несовпадения гравитационных сил и общей массы видимых объектов. По расчетам, гравитационные силы значительно превышают массу излучающих и поглощающих объектов, что позволяет сделать вывод о существовании темной материи, которая не поглощает и не излучает никаких волн и частиц, а по массе превышает массу остальной материи в 5 раз. Темная материя способна создавать гравитационные линзы, которые искривляют распространение электромагнитного излучения и света как обычные оптические линзы.

Помимо излучающих галактик существуют и поглощающие или сверхяркие образования, которые выглядят темными или светлыми пятнами на фоне удаленных объектов. Такие образования называются туманностями. Туманности также состоят из звезд и межзвездного газа. Но их главное отличие – выделение их на фоне как более ярких или более светлых образований. Таким образом туманности классифицируют как поглощающие, излучающие и рассеивающие. Ближайшая к нам галактика Андромеды часто называют туманностью. Другой не менее известной туманностью является туманность Конская Голова.

источник: