Ошибка!

Показать Ошибка!

Забыли пароль?

Ошибка!

Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Забыли пароль? Напишите ваш email и мы отправим письмо с инструкциями.

Ошибка!

Обратно

Закрыть

Как зарождаются звезды

Как зарождаются звезды
Представим себе гигантское облако атомов водорода, плавающее в космосе. Оно огромно и по размерам, и по массе.


Если соединить все эти атомы водорода в одно целое, получится чрезвычайно массивный объект. Собственная гравитация этого облака вынуждает составляющие его атомы взаимно притягиваться. Обычно мы не учитываем притяжение на уровне атомов, однако гравитация слегка влияет и на них, заставляя медленно сближаться.

Со временем облако конденсируется, поскольку атомы постепенно смещаются к общему центру масс, собираясь в единый объект. Облако становится все плотнее и плотнее. Атомы водорода в нем начинают сталкиваться друг с другом и взаимодействовать между собой, теряя при этом энергию. Это приводит к еще большему уплотнению облака. Общая масса водородных атомов в облаке очень велика.

Плотность и давление повышаются, что приводит к росту температуры, и водород в облаке продолжает конденсироваться до тех пор, пока не произойдет нечто занимательное. В центре облака вещество достигнет большой плотности, а вокруг этого участка разместятся остальные атомы водорода. Гравитация создает очень большое давление, направленное внутрь облака, поэтому все частицы в нем стремятся к общему центру масс. Температура там достигает 10 млн. градусов.

И в этот момент происходит нечто своеобразное. Чтобы определить суть происходящего, давайте вспомним, как выглядит атом водорода, и, более того, сосредоточимся на строении его ядра. Ядро атома водорода представляет собой протон. Вокруг него по электронной орбитали движется единственный электрон.



Из закона Кулона и сведений об электромагнитных силах нам известно, что два положительно заряженных ядра не могут располагаться рядом друг с другом. Однако нам также известно, что существуют четыре различных взаимодействия, и если ядра атомов достаточно сблизятся, например, под действием огромных температур или давлений, то эти два протона, из которых состоят ядра, внезапно захватит очень большая сила. Она гораздо сильнее кулоновского взаимодействия, и под ее влиянием оба водородных атома действительно могут слиться вместе и стать единым целым. Именно это и происходит при достаточно высоких значениях температуры и плотности газа.

Допустим, давление и температура повысились достаточно для преодоления кулоновского взаимодействия. В результате протоны сблизятся настолько, что «вспыхнет» реакция их синтеза. Произойдет «зажигание» синтеза. Однако здесь надо быть осторожнее в выражениях. Это не вспышка и не «зажигание» в буквальном смысле. Этот процесс не похож на химическое горение углерода в присутствии кислорода - происходит не воспламенение протонов, а их слияние, синтез. Мы говорим «вспыхивает ядерная реакция», потому что новое ядро, образованное слиянием двух протонов, то есть двух ядер атомов водорода, имеет чуть меньшую массу, чем исходные ядра вместе.

Таким образом, на первой стадии процесса есть два протона под большим давлением (иначе слиянию помешают кулоновские силы), достаточным для сближения на расстояние, где они будут захвачены сильным взаимодействием. Один из протонов превращается в нейтрон, и результирующая масса соединившихся частиц будет меньше, чем масса первоначальных протонов. Совсем на чуть-чуть, однако этот малый дефект массы переходит в большое количество дополнительной энергии, выделяемой в реакции «горения» водорода. Выделяющаяся энергия также обеспечивает направленное наружу небольшое давление, которое компенсирует сжатие вещества.

Итак, при достаточно большом давлении происходит слияние атомов водорода. При этом выделяется энергия, которая обеспечивает направленное наружу давление, противодействующее сжатию. Теперь это звезда, в центре которой «горит» термоядерная реакция. Весь остальной водород в облаке под действием тяготения продолжает стремиться к центру, создавая давление для поддержания реакции.

Во что же превращаются атомы водорода после слияния? Рассмотрим наиболее типичную разновидность звездного нуклеосинтеза. На первом этапе реакции (речь идет о самом простом типе нуклеосинтеза) водород превращается в дейтерий, иначе называемый тяжелым водородом. Это по-прежнему водород, однако его ядро состоит из 1 протона и 1 нейтрона. Но это еще не гелий, поскольку в гелии должно быть два протона. Затем дейтерий снова вступает в реакцию синтеза, в итоге которой получается гелий.



Все эти вещества можно увидеть в таблице Менделеева. Как вы знаете, водород в атомарном состоянии имеет атомный номер 1 и массу, равную 1. В его ядре только один нуклон. Но после синтеза водород превращается в водород-2, или дейтерий.

В конечном счете, если не вдаваться в детали описания реакции, дейтерий превращается в гелий-4. В процессе синтеза гелия выделяется очень много энергии, поскольку его атомная масса немного меньше, нежели масса четырех исходных атомов водорода, вступивших в синтез.

Энергия, выделяющаяся при слиянии атомов (условием которого являются высокие давление и температура), предохраняет звезды от сжатия. Пока звезда находится в этом состоянии, и в ее центральных областях, где давление и температура максимальны, идет самоподдерживающаяся термоядерная реакция превращения водорода в гелий, - говорят, что эта звезда принадлежит главной последовательности. На ней сейчас находится и наше Солнце.

Что произойдет, если у будущей звезды недостаточно массы для попадания на эту последовательность? Действительно, есть объекты, которым никогда не преодолеть энергетический барьер для прохождения всех стадий синтеза гелия из водорода. Некоторые из них за счет синтеза выделяют энергии меньше, чем нужно для остановки гравитационного сжатия, поэтому они излучают тепла больше, чем производят, и постепенно остывают.

В объектах еще меньшей массы давление и температура высоки, но недостаточны для зажигания термоядерных реакций, и в их центральных областях даже не начинается слияние атомов водорода. Примером этого типа объектов может служить Юпитер, который состоит из водорода и мог бы стать звездой, будь его масса в несколько раз больше.

Таким образом, масса объекта должна превысить некоторую величину, вследствие чего давление и температура внутри него станут достаточно велики для начала слияния атомов водорода. И чем меньше масса объекта превышает пороговую величину, тем медленнее в нем будет идти термоядерный синтез. Но в массивной звезде слияние атомов будет происходить очень быстро.

Комментарии:

Еще нет комментариев, станьте первым коментатором!
Войдите на зайт или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии!
0
Intracept убирает хронической боли в спине с помощью тепла

Intracept убирает хронической боли в спине с помощью тепла

Постоянная боль в пояснице стала изнурительной проблемой для миллионов людей во всем мире, и ее нелегко лечить. Технология под названием Intracept создает волны, осторожно доставляя тепло к пораженному позвонку, чтобы заглушить нервные сигналы и сдержать хроническую боль.

Intracept был разработан медицинской фирмой Relievant Medsystems и основан на минимально инвазивной процедуре, направленной на устранение распространенного источника боли в пояснице, исходящей от позвоночника. Такой тип боли передается через базивертебральный нерв, который проходит через позвонки, включая замыкательные пластинки позвонков и фрагменты хрящей и костей между дисками. Когда пациент н...
05.10.22 09:12
0
0
Нобелевская премия по физике присуждена исследователям квантовой запутанности

Нобелевская премия по физике присуждена исследователям квантовой запутанности

Нобелевская премия по физике 2022 года была присуждена трем ученым за их работу в области новаторской квантовой информатики. Ален Аспе, Джон Ф. Клаузер и Антон Цайлингер провели одни из первых экспериментов с запутанными фотонами, открыв будущее для коммерческих квантовых компьютеров.

Жуткий мир квантовой физики предсказывает несколько неожиданных странностей, включая квантовую запутанность. Это состояние позволяет двум частицам настолько переплестись друг с другом, что изменения, внесенные в одну, мгновенно повлияют на другую, независимо от того, насколько далеко они друг от друга. Эта идея обеспокоила даже Эйнштейна, который утверждал, что квантовая физика является «неполной...
05.10.22 07:18
0
0
Самой белой краской в мире теперь может покрывать автомобили и самолеты

Самой белой краской в мире теперь может покрывать автомобили и самолеты

В прошлом году инженеры из Университета Пердью использовали свой опыт в области материаловедения для производства самой белой в мире краски, способной отражать около 98% падающего солнечного света и, следовательно, обладающей большим потенциалом, когда речь идет об энергоэффективности зданий.

Команда внесла некоторые изменения в рецепт и выпустила более тонкую и легкую версию, которая, по их словам, идеально подходит для использования в автомобилях, поездах и самолетах. Первоначальная версия ультрабелой краски обязана своей исключительной способностью отражать солнечный свет включению сульфата бария - химического соединения, используемого в фотобумаге и косметике. Он был добавлен в см...
05.10.22 07:02
0
0
Хаббл обнаружил величественную спиральную галактику

Хаббл обнаружил величественную спиральную галактику

Величественные широкие рукава спиральной галактики NGC 5495 стали видны с помощью Широкоугольной камеры 3 космического телескопа Хаббл НАСА/ЕКА на новом изображении.

NGC 5495, расположенная примерно в 300 миллионах световых лет от Земли в созвездии Гидры, представляет собой сейфертовскую галактику с особенно яркой центральной областью. В этих светящихся ядрах, известных астрономам как активные галактические ядра, преобладает свет, излучаемый пылью и газом, падающими в сверхмассивную черную дыру. Это изображение получено из серии наблюдений, сделанных астроном...
04.10.22 07:51
0
0
Хаббл обнаружил величественную спиральную галактику

Хаббл обнаружил величественную спиральную галактику

Величественные широкие рукава спиральной галактики NGC 5495 стали видны с помощью Широкоугольной камеры 3 космического телескопа Хаббл НАСА/ЕКА на новом изображении.

NGC 5495, расположенная примерно в 300 миллионах световых лет от Земли в созвездии Гидры, представляет собой сейфертовскую галактику с особенно яркой центральной областью. В этих светящихся ядрах, известных астрономам как активные галактические ядра, преобладает свет, излучаемый пылью и газом, падающими в сверхмассивную черную дыру. Это изображение получено из серии наблюдений, сделанных астроном...
04.10.22 07:51
0
0
НАСА и SpaceX изучают возможности продления срока службы Хаббла

НАСА и SpaceX изучают возможности продления срока службы Хаббла

НАСА и SpaceX договорились изучить возможность заключения с компанией Илона Маска контракта на вывод космического телескопа Хаббл на более высокую орбиту с целью продления срока службы, сообщило в четверг космическое агентство США.

Знаменитая обсерватория работает с 1990 года на высоте около 540 километров над Землей на орбите, которая со временем медленно уменьшается.У Хаббла нет бортового двигателя, чтобы противостоять небольшому, но все же существующему атмосферному сопротивлению в этой области космоса, и его высота ранее уже восстанавливалась во время миссий космического Шаттла.Предлагаемые новые усилия будут включать ка...
30.09.22 08:29
0
0
Хаббл обнаружил экран, защищающий пару карликовых галактик

Хаббл обнаружил экран, защищающий пару карликовых галактик

В течение миллиардов лет крупнейшие галактики-спутники Млечного Пути — Большое и Малое Магеллановы Облака — совершали опасные трюки. Вращаясь друг вокруг друга по мере того, как притягивались к нашей галактике, они начали распутываться, оставляя за собой следы газообразных обломков.

И все же, к удивлению астрономов, эти карликовые галактики остаются нетронутыми, и в них продолжается бурное звездообразование. «Многие люди изо всех сил пытались объяснить, как потоки материала могли оказаться там», — сказал Дханеш Кришнарао, доцент Колорадского колледжа. «Если газ был удален из этих галактик, как они все еще формируют звезды?» С помощью данных космического телескопа Хаббла НАС...
29.09.22 07:23
0
0
Китайские астрономы обнаружили более 1600 новых звездных скоплений

Китайские астрономы обнаружили более 1600 новых звездных скоплений

Анализируя данные со спутника Gaia, астрономы из Китайского западного педагогического университета обнаружили 1656 новых звездных скоплений в галактике Млечный Путь.

В общем случае звездные скопления представляют собой большие гравитационно связанные группы звезд. Они воспринимаются как важные лаборатории для изучения эволюции звезд и самих скоплений. Звездные скопления также являются хорошими трассерами для изучения структуры Млечного Пути. По оценкам, Млечный Путь может содержать около 100 000 звездных скоплений. Исследователи предполагают, что многие неотк...
28.09.22 07:15
0