В видимой части Вселенной наблюдается ~1021звезд. Звезды имеют разные размеры от 0.01 до 50 МС. Они излучают разное количество энергии в единицу времени и обладают различной светимостью. Первоначально в звезде, как это происходит в нашем Солнце «выгорает» водород. Макроскопические процессы, связанные с действием сил тяготения связаны с ядерными механизмами, проводящими к выделению энергии в результате слияния ядер. На первом этапе сливаются ядра водорода. После сгорания водорода начнет выгорать гелий. Ядра гелия сливаются, образуя более тяжелые ядра углерода кислорода и т.д. После окончания термоядерного горения звезды ее судьба может развиваться по
трем сценариям эволюции в зависимости от массы звезды. При этом, например, наше Солнце, которое относится к желтым карликам, превратится в красный гигант.
Белый карлик.Если масса ядра звезды не превышает 1.4МС, то после окончания процессов термоядерного горения она начнет сжиматься под действием сил гравитации до тех пор, пока не уравновесится внутренним давлением. В этом случае возникает белый карлик (рис. 5.5). Плотность вещества в нем в миллион раз плотнее воды. Остывая, он может существовать миллиарды лет.
Рис. 5.5. Белый калик, перетягивающий вещество со звезды
Нейтронные звезды. Если масса звезды больше 1.4МС, то внутренне давление в звезде не может противостоять гравитационному сжатию. Звезда сжимается до такой степени, что электроны плазмы «вдавливаются в протоны». Ее радиус при массе равной массе Солнца составляет всего 12.6 км. Нейтронная звезда представляет собой намагниченный волчок, который вращается вокруг оси, не совпадающей с осью магнита. Вдоль магнитной оси вылетает вещество, в основном электроны. Обладая большим ускорением, электроны излучают электромагнитные волны в узком конусе (рис. 5.6). Конус вращается подобно лучу вращающегося прожектора. Излучение в некотором направлении пространства происходит с определенной частотой. Поэтому нейтронные звезды называют пульсарами. Если бы наше Солнце сжалось до размеров нейтронной звезды, то оно испускало бы радиовол-
ны с частотой 1000 Гц. В настоящее время известно примерно полторы тысячи пульсаров, большинство из которых – радиопульсары, а небольшая часть – рентгеновские источники. Скорость вращения пульсаров очень велика, у некоторых из них она достигает 0.1 скорости света. Одно время астрономы принимали импульсное излучение пульсаров за сигналы внеземных цивилизаций.
Черные дыры. Если масса звезды превышает 3МС, то гравитационный коллапс приводит к образованию загадочных объектов – черных дыр. В них внутреннее давление не способно противостоять гравитационному сжатию. Черной дырой называют космический объект, у которого вторая космическая скорость равна скорости света. Это означает, что свет не может покинуть черную дыру. Если Землю и Солнце сжать до плотности черной дыры, то они будут иметь радиус соответственно 0.88 и 2.97 см. При приближении к черной дыре время замедляется, а на границе ее, которую называют горизонтом событий, останавливается. Определить существование такого объекта можно по двойным звездным объектам, один из которых – черная дыра. Два объекта, один из которых невиден, вращаются относительно общего центра масс. Другой способ – это испускание рентгеновского излучения межзвездным газом, падающим на черную дыру. Астрофизиками установлено примерно 200 объектов, которые могут быть идентифицированы, как черные дыры (рис. 5.7).
Рис. 5.6. Изображение нейтронной звезды (пульсара)