Видео: Какая звезда во Вселенной горячее Солнца на 200 000 градусов
Взгляните на чистое ночное небо. Там тысячи звезд, далеких и ярких, которые озаряют небо холодным, словно стальным, светом. Но так ли холодны звезды, как нам кажется? На самом деле все наоборот — они настолько горячие, что некоторые могут согревать соседние планеты. Такой является наше Солнце. Температура его поверхности доходит до 5 500°С, и оно греет Землю так, что тут стала возможна жизнь. А какая звезда самая горячая во Вселенной? О ней рассказывается в видеоролике ниже.
Речь пойдет о WR102, которая на 200 000 градусов горячее нашего светила. Это яркая звезда находится в созвездии Стрельца, но без мощного телескопа ее не увидеть — она слишком далеко, на расстоянии 10 000 световых лет. WR102 относится к редкому классу звезд Вольфа—Райе. Обычно звезды существуют за счет водорода, который преобразуется в легкие или тяжелые элементы, такие как гелий, сера, магний или фосфор. В процессе вырабатывается много энергии. Но всему приходит конец, и когда водород полностью иссякает, звезда превращается в белого карлика — светило, которое не имеет больше энергии. И оно тихо погибает, готовясь к своей финальной точке — взрыву, который оставит после звезды лишь туман и сгустки пыли.
Но есть редкие белые карлики, которые, не имея водорода, могут вырабатывать жар за счет иных элементов: кислорода, углерода или азота. WR102 — это кислородная звезда, и она очень редкая. Звезда раскалена до 210 000°С и светит ярче Солнца в 380 000 раз. Откуда же звезда берет силы для такой мощности? Все дело в кислороде, который соединяется с неоном и углеродом, производя много энергии. На данный момент такие звезды как WR102 можно пересчитать по пальцам — их всего 9, и 4 из них в нашей галактике.
Сколько же осталось жить этой невероятной звезде, прежде чем она переродится в сверхновую и взорвется? По расчетам ученых, ей осталось всего 1500 лет — вечность для человека, но капля в море для космоса. Сейчас WR102 немного меньше Солнца, но из-за высокого жара и бурных химических процессов на поверхности звезды всегда гуляет сильный звездный ветер. Он уносит в космос много звездного вещества, и светило теряет в объемах. Так за несколько месяцев WR102 может потерять столько, сколько весит наша планета. При такой интенсивности за 10 000 лет звезда лишится в массе вещества, которого хватило бы на Солнце. А знаете ли вы, как выглядит звезда Кастор, состоящая из 6 светил?
Источник
Самая высокая температура во Вселенной. Спектральные классы звезд
Вещество нашей Вселенной структурно организовано и образует большое многообразие феноменов различного масштаба с весьма сильно разнящимися физическими свойствами. Одно из важнейших таких свойств – температура. Зная этот показатель и используя теоретические модели, можно судить о многих характеристиках того или иного тела – о его состоянии, строении, возрасте.
Разброс значений температуры у различных наблюдаемых компонентов Вселенной весьма велик. Так, самая низкая величина ее в природе зафиксирована для туманности Бумеранг и составляет всего 1 K. А каковы самые высокие температуры во Вселенной, известные на сегодняшний день, и о каких особенностях различных объектов свидетельствуют? Для начала посмотрим, как же ученые определяют температуру удаленных космических тел.
Спектры и температура
Всю информацию о далеких звездах, туманностях, галактиках ученые получают, исследуя их излучение. По тому, на какой частотный диапазон спектра приходится максимум излучения, определяется температура как показатель средней кинетической энергии, которой обладают частицы тела, – ведь частота излучения связана прямой зависимостью с энергией. Так что самая высокая температура во Вселенной должна отражать, соответственно, и наибольшую энергию.
Чем более высокими частотами характеризуется максимум интенсивности излучения, тем горячее исследуемое тело. Однако полный спектр излучения распределен по очень широкому диапазону, и по особенностям видимой его области («цвету») можно делать определенные общие выводы о температуре, например, звезды. Окончательная же оценка производится на основе изучения всего спектра с учетом полос эмиссии и поглощения.
Спектральные классы звезд
На основе спектральных особенностей, включая цвет, была разработана так называемая Гарвардская классификация звезд. Она включает семь основных классов, обозначаемых буквами O, B, A, F, G, K, M и несколько дополнительных. Гарвардская классификация отражает поверхностную температуру звезд. Солнце, фотосфера которого разогрета до 5780 K, относится к классу желтых звезд G2. Наиболее горячи голубые звезды класса O, самые холодные – красные – принадлежат классу M.
Гарвардскую классификацию дополняет Йеркская, или классификация Моргана-Кинана-Келлман (МКК – по фамилиям разработчиков), подразделяющая звезды на восемь классов светимости от 0 до VII, тесно связанных с массой светила – от гипергигантов до белых карликов. Наше Солнце – карлик класса V.
Примененные совместно, в качестве осей, по которым отложены значения цвет – температура и абсолютная величина – светимость (свидетельствующая о массе), они дали возможность построить график, широко известный как диаграмма Герцшпрунга-Рассела, на котором отражены главные характеристики звезд в их взаимосвязи.
Самые горячие звезды
Из диаграммы явствует, что наиболее горячими являются голубые гиганты, сверхгиганты и гипергиганты. Это чрезвычайно массивные, яркие и короткоживущие звезды. Термоядерные реакции в их недрах протекают очень интенсивно, порождая чудовищную светимость и высочайшие температуры. Такие звезды относятся к классам B и O либо к особому классу W (отличается широкими эмиссионными линиями в спектре).
Например, Эта Большой Медведицы (находится на «конце ручки» ковша) при массе, в 6 раз превышающей солнечную, светит в 700 раз мощнее и имеет поверхностную температуру около 22 000 K. У Дзеты Ориона – звезды Альнитак, – которая массивнее Солнца в 28 раз, внешние слои нагреты до 33 500 K. А температура гипергиганта с наивысшей известной массой и светимостью (как минимум в 8,7 миллионов раз мощнее нашего Солнца) – R136a1 в Большом Магеллановом облаке – оценена в 53 000 K.
Однако фотосферы звезд, как бы сильно разогреты они ни были, не дадут нам представления о самой высокой температуре во Вселенной. В поисках более жарких областей нужно заглянуть в недра звезд.
Термоядерные топки космоса
В ядрах массивных звезд, стиснутых колоссальным давлением, развиваются действительно высокие температуры, достаточные для нуклеосинтеза элементов вплоть до железа и никеля. Так, расчеты для голубых гигантов, сверхгигантов и очень редких гипергигантов дают для этого параметра к концу жизни звезды порядок величины 10 9 K – миллиард градусов.
Строение и эволюция подобных объектов пока еще недостаточно хорошо изучены, соответственно и модели их еще далеко не полны. Ясно, однако, что очень горячими ядрами должны обладать все звезды больших масс, к каким бы спектральным классам они ни принадлежали, – например, красные сверхгиганты. Несмотря на несомненные различия в процессах, протекающих в недрах звезд, ключевым параметром, определяющим температуру ядра, является масса.
Звездные остатки
От массы в общем случае зависит и судьба звезды – то, как она окончит свой жизненный путь. Маломассивные звезды типа Солнца, исчерпав запас водорода, теряют внешние слои, после чего от светила остается вырожденное ядро, в котором уже не может идти термоядерный синтез, – белый карлик. Наружный тонкий слой молодого белого карлика обычно имеет температуру до 200 000 K, а глубже располагается изотермическое ядро, нагретое до десятков миллионов градусов. Дальнейшая эволюция карлика заключается к его постепенному остыванию.
Гигантские звезды ждет иная судьба – взрыв сверхновой, сопровождающийся повышением температуры уже до значений порядка 10 11 K. В ходе взрыва становится возможен нуклеосинтез тяжелых элементов. Одним из результатов подобного феномена является нейтронная звезда – очень компактный, сверхплотный, со сложной структурой остаток погибшей звезды. При рождении он столь же горяч – до сотен миллиардов градусов, однако стремительно остывает за счет интенсивного излучения нейтрино. Но, как мы увидим далее, даже новорожденная нейтронная звезда – не то место, где температура – самая высокая во Вселенной.
Далекие экзотические объекты
Существует класс космических объектов, достаточно удаленных (а значит, и древних), характеризующихся совершенно экстремальными температурами. Это квазары. По современным воззрениям, квазар представляет собой сверхмассивную черную дыру, обладающую мощным аккреционным диском, образуемым падающим на нее по спирали веществом – газом или, точнее, плазмой. Собственно, это активное галактическое ядро в стадии формирования.
Скорость движения плазмы в диске настолько велика, что вследствие трения она разогревается до сверхвысоких температур. Магнитные поля собирают излучение и часть вещества диска в два полярных пучка – джета, выбрасываемых квазаром в пространство. Это чрезвычайно высокоэнергетический процесс. Светимость квазара в среднем на шесть порядков выше светимости самой мощной звезды R136a1.
Теоретические модели допускают для квазаров эффективную температуру (то есть присущую абсолютно черному телу, излучающему с той же яркостью) не более 500 миллиардов градусов (5×10 11 K). Однако недавние исследования ближайшего квазара 3C 273 привели к неожиданному результату: от 2×10 13 до 4×10 13 K – десятки триллионов кельвинов. Такая величина сравнима с температурами, достигающимися в явлениях с наивысшим известным энерговыделением – в гамма-всплесках. На сегодняшний день это самая высокая температура во Вселенной, которая была когда-либо зарегистрирована.
Жарче всех
Следует иметь в виду, что квазар 3С 273 мы видим таким, каким он был около 2,5 миллиарда лет назад. Так что, учитывая, что, чем дальше мы заглядываем в космос, тем более отдаленные эпохи прошлого наблюдаем, в поисках самого горячего объекта мы вправе окинуть взглядом Вселенную не только в пространстве, но и во времени.
Если вернуться к самому моменту ее рождения — приблизительно 13,77 миллиарда лет назад, наблюдать который невозможно, — мы обнаружим совершенно экзотическую Вселенную, при описании которой космология подходит к пределу своих теоретических возможностей, связанному с границами применимости современных физических теорий.
Описание Вселенной становится возможным, начиная с возраста, соответствующего планковскому времени 10 -43 секунд. Самый горячий объект в эту эпоху – сама наша Вселенная, с планковской температурой 1,4×10 32 K. И это, согласно современной модели ее рождения и эволюции, максимальная температура во Вселенной из всех когда-либо достигавшихся и возможных.
Источник
Что намного горячее поверхности Солнца?
В последние минуты перед полным солнечным затмением температура падает, а окружающий свет меркнет. День превращается в сумерки, и там, где когда-то висело солнце, черная дыра пробивает небо, покрытое белым эфирным сиянием.
Это свечение — солнечная корона, тонкая верхняя атмосфера солнца из ионизированного газа. Состоящая в основном из электронов и голых ядер атомов водорода и гелия, она является стартовой площадкой для солнечного ветра — потока заряженных частиц, которые покидают корону и омывают планеты, в конечном итоге исчезая на пороге межзвездного пространства. События в короне затрагивают все солнечные миры, включая Землю и технологическое общество, которое люди построили на нем.
И все же, несмотря на примерно 80 лет изучения, многое о короне остается загадкой. Солнечный ветер не замедляется, когда покидает солнце — он ускоряется. Некоторые частицы вылетают из короны с такой энергией, что приближаются к скорости света. И, пожалуй, самое удивительное то, что корона в сотни раз горячее солнечной поверхности.
Выяснить, как эта избыточная энергия попадает в корону, — не просто задание. Эта энергия часто влияет на Землю, иногда приводя к катастрофическим последствиям. Самые большие вспышки от короны могут нанести ущерб сетям электроснабжения, беспроводной связи и спутникам.
По мере того, как мы становимся больше «космическими», культура, понимание Солнца и его взаимодействия с Землей стают более важными.
В то время как разрушающие вспышки являются крайним примером, исследователи надеются, что если они смогут лучше понять, как энергия попадает в корону, то мы сможем предсказать опасные извержения для защиты жизненно важного оборудования.
Изучать корону нелегко. Она излучает большую часть света на ультрафиолетовых и рентгеновских волнах с высокой энергией, которые блокируются атмосферой Земли. То малое количество видимого солнечного света, который отражает корона, значительно затмевает поверхность солнца. Чтобы увидеть корону, вам нужно затмение или телескоп, оборудованный солнцезащитным диском.
Именно благодаря затмениям люди с древности знали, что белое свечение окружало солнце. Даже те ранние наблюдения намекали на что-то очень странное в короне. Температура в короне составляет около миллиона градусов по Цельсию. Но температура на поверхности солнца — источника этой энергии — составляет примерно 5500 градусов.
Это очень странно и сравнимо с тем, что уходя от костра, нам становится холоднее, пока вдруг не станет очень жарко.
Одна теория возлагает вину на нанофлаеры, предполагаемое соединение крошечных взрывов, спровоцированных завязанными линиями магнитного поля. Другая идея состоит в том, что волны, распространяющиеся вдоль линий магнитного поля, переносят энергию от поверхности солнца к короне.
Обе идеи феноменально сложно проверить. Компьютерное моделирование и расчеты показывают, что любые механизмы, которые направляют энергию в корону, вероятно, делают это в масштабах, которые слишком малы и слишком быстры, чтобы зафиксировать их с Земли. Разгадка придет от космического корабля, который приблизится близко к солнцу. Вот тут-то и появляется NASA Parker Solar Probe.
Паркер запустил в 2018 году семилетнюю миссию для многократного погружения через корону. С каждой орбитой гравитационное движение с Венеры постепенно приближает космический корабль к Солнцу. В конечном итоге зонд выйдет на орбиту чуть более 6 миллионов километров от поверхности Солнца — в семь раз ближе, чем любой космический корабль раньше.
На этом расстоянии обращенная к солнцу сторона космического корабля будет обжарена до температуры более 1300 градусов по Цельсию, его набор инструментов защищен углеродно-композитным экраном толщиной 11 сантиметров. (Хотя корона имеет очень высокую температуру, ее частицы относительно редки — эта низкая плотность препятствует тому, чтобы аппарат сам по себе сильно нагревался)
С его уникальной позиции глубоко внутри короны Паркер уже снимает фотографии, измеряет электромагнитные поля и частицы.
С данными первых двух орбит, на которых Паркер пролетел всего 24 миллиона километров от Солнца, научная группа готовится опубликовать первые результаты в нескольких статьях этой осенью. Еще несколько десятков последуют в январе. Пока команда молчит о том, что зафиксировал космический корабль.
В ближайшие месяцы к Паркеру присоединятся еще два проекта. Позже в этом году откроется новый солнечный телескоп в Мауи. Солнечный телескоп будет делать снимки, достаточно четкие, чтобы различить детали на поверхности Солнца диаметром около 30 километров — достаточно маленькие, чтобы можно было делать анализ магнитного поля Солнца.
Затем, в феврале, Европейское космическое агентство запустит Solar Orbiter, миссию, чтобы взлететь над плоскостью солнечной системы и посмотреть «вниз» на солнце. За исключением ныне не существующего зонда Ulysses, на борту которого не было камеры, ни один космический корабль не исследовал Солнце с этой точки зрения. Находясь высоко над солнечной системой, Solar Orbiter может помочь исследователям собрать воедино трехмерную структуру элементов в короне и солнечном ветре.
Совместно с этими тремя миссиями исследователи надеются раскрыть некоторые корональные загадки, которые могут обогатить наше понимание взаимодействия Земля-Солнце.
Как единственная звезда во вселенной, которую мы можем видеть вблизи, Солнце может научить ученых тому, как более отдаленные звезды могут взаимодействовать с соседними мирами. Ученые считают, что солнечный ветер лишил Марс его защитной атмосферы, и другие звезды могут действовать аналогичным образом.
Источник