Новое представление о смерти звезды, такое как наше Солнце
Примерно на расстоянии 10 000 световых лет в созвездии Центавра находится планетарная туманность NGC 5307. Планетарная туманность — это остаток звезды, подобной нашему Солнцу, когда она достигла того, что можно охарактеризовать как конец своей жизни.
Это изображение Хаббла NGC 5307 не только заставляет задуматься о прошлом звезды, но и размышляет о будущем нашего собственного Солнца.
Процесс старения звезды и достижения конца ее жизни — длинная, медленная история, перемежающаяся эпизодами быстрых изменений. Как и NGC 5307, наше Солнце в конечном итоге превратится в красного гиганта, извергающего свои внешние слои газа.
Через несколько миллиардов лет в будущем оно само станет белым карликом, освещая слои газа, которые пролило как планетарную туманность.
Прямо сейчас наше Солнце находится на главной последовательности. Оно превращает водород в гелий внутри его ядра. В результате этого синтеза высвобождается огромное количество энергии, которая нагревает Землю и поддерживает жизнь.
Но звезда — это баланс между внешним давлением слияния и внутренним давлением собственной гравитации. Этот баланс называется гидростатическим равновесием, и он не может длиться вечно.
Год за годом, век за веком, эон за эоном, Солнце продолжает перерабатывать водород в гелий, выделяя тепло и теряя массу. Хотя звезда, подобная нашему Солнцу, может казаться стабильной и неизменной, ничто в природе не остается неизменным.
Солнце каждую секунду перерабатывает около 600 миллионов тонн водорода в гелий, теряя при этом массу. Она теряет массу, превращая вещество в энергию, как это объясняется E = mc² Эйнштейна.
Это значительная масса. Фактически, за свои примерно 4,5 миллиарда лет жизни Солнце потеряло количество массы, подобное массе Юпитера.
В конечном счете, балансирование будет изменено навсегда, потому что Солнце потеряет достаточно массы, чтобы внутренней силы его гравитации не хватило для удержания внешней силы его слияния. Звезда превратится в красного гиганта.
Астрономы подсчитывают, что когда наше Солнце станет красным гигантом, примерно через 5 миллиардов лет оно расширится достаточно, чтобы поглотить Меркурий, Венеру и, возможно, Землю.
Вследствие этого Солнце станет примерно в два раза ярче, чем сейчас. В этот момент Земля получит от Солнца столько энергии, сколько сейчас получает Венера.
После фазы красного гиганта Солнце станет суб-гигантом. Это удвоится в размере за полмиллиарда лет. Затем наступает другая фаза на полмиллиарда лет, где она снова удваивается, а также становится ярче в две тысячи раз.
В этот момент Солнце стало огромным, ярким, грозным объектом, который покраснел и поглотил внутренние планеты Солнечной системы.
В этот момент Солнце окажется на ветви красного гиганта. У него будет ядро гелия, окруженное слоем водорода. После миллиардов лет активной жизни Солнцу останется только около 100 миллионов лет активной жизни.
Сначала это гелиевая вспышка, где Солнце сожжет 40 процентов своей массы. Это будет сделано путем преобразования около 6% гелия в его ядре в углерод. Это займет всего несколько минут, шокирующее противопоставление миллиардам лет жизни Солнца.
Эволюция Солнца. (Щурек / CC BY-SA 4.0 )
Потеряв всю эту массу, оно уменьшится примерно в 10 раз по сравнению с текущим размером и примерно в 50 раз по сравнению с яркостью. В этот момент Солнце находится на горизонтальной ветви, и оно будет продолжать сжигать гелий в своем ядре в течение следующих ста миллионов лет, становясь немного больше и ярче.
Но сейчас у Солнца заканчивается топливо. Гелий в его ядре еще больше истощается и теряет больше массы. Ничто не может помешать этому случиться, и Солнце снова расширится, как это произошло, когда оно впервые вошло в фазу красного гиганта.
Но это расширение будет намного быстрее.
Вещи ускоряются для Солнца, и это становится все более нестабильным. Наше некогда неумолимое Солнце вступает в свои последние стадии. Сейчас оно находится в фазе асимптотической гигантской ветви и проведет около 20 миллионов лет в начале этой фазы.
Оно имеет в основном инертное ядро из кислорода и углерода, оболочку, в которой гелий плавится в большем количестве углерода, и другую оболочку, где водород плавится в гелии. Там много чего происходит.
Оно будет колебаться в серии тепловых импульсов и потери массы. Каждый из этих импульсов длится всего сто лет или около того, и в каждом Солнце будет расширяться и становиться более ярким. Каждый импульс будет сильнее предыдущего, и этот период длится около 100 000 лет.
Расчеты показывают, что наше Солнце, вероятно, испытает четыре из этих импульсов ближе к концу своей жизни.
Солнце успокоится от этих импульсов. Солнце для всех намерений и целей мертво. Или, по крайней мере, в коме.
Импульсы потеряли свои внешние слои, и теперь это белый карлик. Этот белый карлик будет содержать только около 50 процентов первоначальной массы Солнца.
Планетарные туманности. (NASA / ESA / CR O’Dell / D. Thompson / Hubble Heritage Team / STScI / AURA)
Солнце мертво, потому что больше нет слияния. Как белый карлик, оно излучает только запасенную энергию. Оно состоит из плотно упакованной электронно-вырожденной материи, и никакого слияния быть не может.
Но оно все еще сияет, и энергия, которую оно излучает, ударяет по слоям газа, которые оно излучает во время тепловых импульсов, ионизируя газ и освещая его. Наше Солнце станет планетарной туманностью. И это возвращает нас к NGC 5307.
NGC 5307 — это проблеск, ожидающий конца жизни Солнца. Так же, как NGC 5307, наше Солнце однажды, через миллиарды лет, станет лишь остатком своей былой славы как живительный шар из плазмы.
Несмотря на название планетарной туманности, поблизости не будет никаких планет. Он уничтожит их во время своей экспансии. Там будет только газ.
NGC 5307, планетарная туманность с белым карликом в центре. (NASA / ESA / Hubble)
Но даже газа в конце концов не будет. Он отойдет от звезды и остынет. После примерно 10 000 лет существования в качестве планетарной туманности бывшее Солнце будет оставаться слабым белым карликом триллионы лет.
После этого, согласно теории, Солнце станет черным карликом. Оно полностью остынет и не будет излучать энергию. Это теоретически, потому что никаких черных карликов не наблюдалось. На самом деле, для того, чтобы звезда достигла этого гипотетического состояния черного карлика, требуется больше времени, чем возраст самой Вселенной.
Изгнанный газ из планетарной туманности все еще играет свою роль. На протяжении всего хаоса последних этапов эволюции Солнца оно производило элементы, тяжелее водорода и гелия в результате звездного нуклеосинтеза.
Эти элементы, называемые металлами в астрономии, будут отправлены в космос и перенесены в другой процесс образования звезды. Они обогатят следующую зарождающуюся звезду и следующие планеты, которые могут сформироваться вокруг этой будущей звезды.
Название планетарная туманность является неправильным в астрономии. Они никак не связаны с планетами. Но некоторые из первых наблюдателей этих звездных остатков, с телескопами, доступными для них в то время, видели округлые формы и предполагали, что они были планетами.
Теперь мы знаем, что это не так. Теперь мы узнаем их такими, какие они есть. Каждая из этих туманностей напоминает снимок, суммирующий миллиарды лет, необходимых для достижения этого состояния. И хотя это никогда не будет наблюдаться человеческими глазами (вероятно), это конечная судьба нашего Солнца.
Источник
«Туманность Андромеды»: планета железной звезды
Здравствуйте, уважаемые почитатели фантастики!
На страницах научно-фантастического романа «Туманность Андромеды» звездолет 37-й межзвездной экспедиции «Тантра» , пролетая через неизученный участок космического пространства, был захвачен мощным гравитационным полем звезды спектрального класса Т [ 1 ], называемой также «железной».
В системе необычной звезды отважные звездолетчики обнаружили две планеты. Дальняя от инфракрасного светила – холодный газовый гигант, подобный Юпитеру. Ближняя – похожа на Землю, но значительно крупнее. Именно к ней экипаж направил «Тантру» .
Землеподобная планета расположена рядом со звездой, совершая полный оборот по орбите за три месяца. Близость к еле теплому светилу, обеспечивает планете нагрев, достаточный для поддержания пригодных для жизни условий.
Контакт с внеземной жизнью воспринимается людьми в качестве наибольшей опасности, так как «чужая, развивавшаяся в условиях иных планет, другими путями эволюции, жизнь в общей для космоса форме белковых тел чрезвычайно вредна для обитателей Земли».
Спускаемые автоматические станции (Ефремов называет их «бомбовыми») передали на «Тантру» научные сведения о планете. Атмосфера толщиной в тысячу семьсот километров [ 2 ] преимущественной состоит из неоново-азотной смеси с высоким процентным содержанием свободного кислорода и водяных паров. Атмосферное давление у поверхности превышает нормальное давление в один и четыре десятых раза.
Уточнение массы небесного тела, повергло звездолетчиков в уныние – сорок три целых две десятых масс Земли . Массивная каменистая планета с силой тяжести, превышающей земную в два с половиной раза [ 3 ], грозила стать для людей гравитационной тюрьмой, когда отяжелевшие тела значительно затруднят нормальную жизнедеятельность.
Нетрудно подсчитать, что звездолетчик весом 90 килограмм в условиях планеты железной звезды покажет на весах без малого 225 кэгэ!
По приведенным Иваном Ефремовым в книге данным можно рассчитать радиус планеты по формуле:
Радиус (назовем его экваториальным) планеты у железной звезды равен 26,5 тысяч километров , что в 4,2 раза больше экваториального радиуса Земли [ 4 ]. Примерно во столько раз планета Уран больше нашей. Для сравнения: размер Луны меньше земного всего в 3,7 раза.
Зная радиус и массу вымышленной планеты, можно вычислить её среднюю плотность по формуле отношения массы к объему.
Полученное значение составило 3,301 г/см³, что сопоставимо с плотностью Луны (3,346 г/см³) и Марса (3,933 г/см³), хотя меньше плотности Земли (5,5153 г/см³). Основываясь на результате, можно предположить о меньшем процентном содержании тяжелых элементов, чем в земных недрах, и (или) небольшом размере ядра планеты в соотношении с её габаритами.
Иван Ефремов нафантазировал планету, подобных которой в нашей солнечной системе не имеется.
Тяжеленная каменистая планета размером с Уран, окутанная плотной атмосферой, пригодной для дыхания, и с температурным режимом у поверхности, обеспечивающим нахождение воды в жидком состоянии.
Могут ли подобные планеты в реальности существовать на просторах Вселенной? Вполне возможно, так как Космос полон чудес!
На сегодняшний день за пределами солнечной системы обнаружено достаточно большое количество землеподобных планет, более массивные из них называют «суперземлями». Астрофизики ограничивают массу суперземель пределом в семь-десять масс Земли и радиусом не более двух земных, планеты, габариты которых превышают эти значения относят к категории «нептунов».
Но с каждым днем человечество обогащается новыми знаниями, за экзопланетами ведется масштабная охота. На данный момент имеется один известный кандидат на право называться планетой с характеристиками, схожими с ефремовским небесным телом у железной звезды.
Планета Kepler-22b , обращающаяся вокруг одноименной звезды в созвездии Лебедя на расстоянии 620 световых лет от Солнца, предположительно имеет массу, превышающую земную в 36 раз! Конечно, по весу до ефремовской планеты ей еще довольно далеко, да и не «располнеть» никогда. Но сам факт, что землеподобная планета может иметь столь огромную массу поражает воображение.
Но и здесь не все так однозначно, часть астрофизиков не готова признавать Kepler-22b сверхмассивной суперземлей, относя его все-таки к категории нептунов, небольших газовых планет без выраженного разделения газовой среды и твердой поверхности. Другая группа ученых настаивает на том, что Kepler-22b – каменистая планета, покрытая глубоким океаном. Споры, вероятно, будут вестись еще долго, пока не появятся новые научные данные, раскрывающие родословную далекой экзопланеты.
Примечательно, что открытая сравнительно недавно экзопланета Kepler-22b уже «засветилась» в фантастике. События американского научно-фантастического сериала «Воспитанные волками» разворачиваются на просторах этой далекой планеты в созвездии Лебедя.
1 . Т – выдуманный И. Ефремовым спектральный класс звезд, излучающих преимущественно длинноволновые колебания тепловой части спектра, инфракрасный свет;
2 . По данным НАСА земная атмосфера заканчивается на высоте 122 километра над уровнем моря;
3 . Сила тяжести на Юпитере превышает земную также в 2,5 раза;
4 . Экваториальный радиус Земли равен 6378,1 километр
Источник
Самые удивительные и загадочные туманности во Вселенной
Туманность — огромное облако газа и космической пыли, парящее в космическом пространстве. Там формируются звёзды и планеты. Первые такие объекты начали обнаруживать ещё в 18-м веке.
Безусловно, туманности — одни из самых красочных объектов в космическом пространстве. Они удивляют и завораживают своим разнообразием и размерами. Множество туманностей похоже на животных, братьев наших меньших, и названо в честь них.
В созвездии Дракона зародилась туманность «Кошачий Глаз».
Она находится расстоянии чуть больше 3 тысяч световых лет от Земли. Хотя в диаметре она небольшая по сравнению с конкурентами (всего половина светового года), эта туманность имеет очень сложную структуру — множество переплетений и волнообразных элементов, а также ярчайшую двойную звезду в центре. Несмотря на это, «Кошачий Глаз» совсем юный — его возраст не более тысячи лет.
Туманность Улитка находится в созвездии Водолея.
Она удалена от Солнца на 650 световых лет — не так уж и много в космических масштабах. Её возраст составляет около 10 тысяч лет. Астрономы считают, что «Улитка» образовалась после смерти звезды, подобной нашему Солнцу.
Туманность Сова расположена в созвездии Большой Медведицы на расстоянии чуть больше 2 тысяч световых лет от нас.
Но, в отличие от «Улитки», эта туманность в 2 раза моложе — её возраст, по разным оценкам, составляет от 5 до 6 тысяч лет.
Следующая туманность — это «Змея» , находящаяся на расстоянии около 650 световых лет от Земли.
Её удивительная особенность в том, что она находится внутри «Конской Головы».
Туманность Конская Голова (она же Голова Лошади) располагается в созвездии Ориона.
«Конская Голова» настолько плотная, что поглощает весь свет позади себя. Из-за этого её называют темной туманностью. Этот вид туманностей можно наблюдать даже невооружённым глазом.
«Красный Паук» — красивейшая туманность в созвездии Стрельца.
Она состоит из двух ярких дуг, сплетённых между собой. Облака газа «Красного Паука» очень расплывчаты.
Туманность Бабочка (её часто называют Жук) находится в созвездии Скорпиона.
Как и «Кошачий Глаз», имеет очень непростую структуру. На поверхности её центральной звезды температура не опускается ниже 200 тысяч градусов по Цельсию.
Кроме «Конской Головы», в созвездии Ориона есть ещё и «Обезьянья» , на расстоянии около 6 тысяч световых лет о Солнца.
В 3 тысячах световых лет от нас странствует туманность Льва .
Она содержит колоссальное количество замороженной воды в своём составе, поэтому её нередко называют Ледяной. Она состоит из причудливых лепестков и дугообразных петель, направленных в разные стороны. Но это не обычная туманность, а протопланетная. Этот редчайший тип туманностей светит в инфракрасном диапазоне.
Но не нужно путать её с протопланетным диском, из которого формируются планеты. Протопланетная туманность «живёт» недолго, образуя после себя планетарную туманность — очень тусклый объект, который, как правило, не виден невооружённым глазом.
Туманности — красивейшие объекты в космосе. Ими можно наслаждаться не только на экране компьютера, но и в самый обычный телескоп! Быть может, далеко-далеко в одной из них есть жизнь? Кто знает.
Источник