09.09.2002
18:31

Если выключить Солнце

Предыдущее

Ядерная эволюция

Перегорание водорода в гелий - необратимый процесс. Запасы водорода в звезде ограничены. Термоядерные реакции могут идти только при достаточно высокой температуре и плотности. В центре Солнца плотность вещества достигает 100 г/см³. Реально в качестве топлива для звезд может служить только центральная их часть с массой, составляющей 10 % полной массы. Подсчитаем, на сколько времени хватит Солнцу ядерного топлива.

Полная энергия Солнца Мдс² = 10⁴⁷ Дж, ядерная энергия (Е_яд) составляет примерно 1%, т. е. 10⁴⁵ Дж, и с учетом того, что не все вещество может сгореть, получится 10⁴⁴ Дж. Разделив эту величину на светимость Солнца L=4 10²⁶ Дж/c, получим, что его ядерной энергии хватит на 10 миллиардов лет. Этого вполне достаточно, чтобы не вступать в противоречие с геологическими данными о возрасте Земли. Но, с другой стороны, это означает, что звезды не вечны: они эволюционируют. Постепенное выгорание легких элементов в звездах определяет их ядерную эволюцию. А время выгорания называют ядерным временем; оно определяется как

t_яд =~ Е_яд/L = lO¹⁰ (M/M_Солнца)^-2 лет. (10)

Зависимость ядерного времени от массы звезды может быть получена, если учесть, что ядерная энергия звезды Еяд ~ Мс², а светимость ведет себя примерно как L ~ М³. Подчеркнем, что правая часть формулы (10) - это лишь грубое приближение. Чем больше звезда, тем быстрее она себя сжигает!

Вспомним теперь диаграмму Герцшпрунга - Рессела. Большинство звезд группируется вдоль главной последовательности. Это звезды, в центре которых происходит ядерное горение водорода. Именно водорода. Загорание более тяжелых элементов происходит при более высокой температуре (для них больше потенциальный барьер) и сопровождается уходом звезды с главной последовательности.

Сравним ядерное время звезды с ее тепловым временем (см. формулу (8)). Приближенно тепловое время зависит от массы звезды так:

 

 

Соотношение трех характерных времен - динамического, теплового и ядерного - определяет характер эволюции звезды. То, что динамическое время много меньше теплового и ядерного, означает, что звезда всегда успевает прийти в гидростатическое равновесие. А то, что тепловое время меньше ядерного,- что звезда успевает прийти и в тепловое равновесие, т. е. в равновесие между количеством энергии, выделяемым в центре в единицу времени, и количеством энергии, излучаемым поверхностью звезды (светимостью звезды). В Солнце каждые 30 миллионов лет обновляется запас тепловой энергии. Но энергия в Солнце переносится излучением. Значит, фотонами. Фотон, рожденный в термоядерной реакции в центре, на поверхности появляется через тепловое время, ~ 30 миллионов лет *). Если бы источники термоядерной энергии "выключились" (подобно лампочке) сегодня, то Солнце продолжало бы светить еще миллионы лет.

При горении водорода рождаются не только фотоны, но и нейтрино. Нейтрино беспрепятственно выходят из Солнца со скоростью света за время, равное 700 000 км : 300 00 км/с = 2,3 с (радиус Солнца в световых секундах). Но ведь фотон тоже движется со скоростью света, а затрачивает 30 миллионов лет?! Конечно, все дело в том, что фотон, постоянно поглощаясь и переизлучаясь, сильно запутывает свою траекторию, так что ее длина становится равной 30 миллионам световых лет (расстояние до далеких галактик) (см. рис. 31). За такое большое время излучение успевает прийти в тепловое равновесие с веществом, по которому оно движется. Поэтому спектр звезд и близок к спектру черного тела.

Теория внутреннего строения звезд главной последовательности, построенная к началу 30-х годов Эддингтоном, полностью объяснила их наблюдаемые свойства.



 

Но на диаграмме Герцшпрунга - Рессела строятся величины "светимость - спектр", которые являются функцией масс звезд. Значит, для окончательного подтверждения теории необходимо было взвесить звезды. Здесь на помощь пришли двойные системы. Используя результаты фотометрических и спектральных наблюдений двойных, удалось определить массы многих сотен звезд и связь их со светимостью (см. рис. 32). Эта связь оказалась в прекрасном согласии с теорией. Но почему некоторые звезды на диаграмме Герцшпрунга - Рессела не подчиняются главной последовательности?

 

*) Конечно, это будет уже совсем другой фотон (см. дальше).

Продолжение

 

30.08.2002
16:08

Если бы не квантовая механика

27.08.2002
14:42

Почему светит Солнце?

21.08.2002
15:12

Астрокартинка дня: фото астероида 2002NY40, который напугал землян

19.08.2002
16:41

Охлаждаясь, нагревается

14.08.2002
16:29

Солнце должно было бы схлопнуться за 40 минут!

14.08.2002
16:20

Вдвоем в одиночестве

13.08.2002
12:46

В мире двойных звезд: перемена ролей

11.08.2002
16:33

Парадокс Алголя

09.08.2002
15:37

Военная тайна астрофизики

09.08.2002
14:07

Почему звезды разные?

06.08.2002
21:15

SS433 - черная дыра? Подождем до апреля!

06.08.2002
16:59

Кривая лучевых скоростей

30.07.2002
18:58

В мире двойных звезд: Эффект Доплера

20.06.2002
22:02

Завтра в 17 часов 05 минут в передаче "Сенсация" (канал "Культура") будет рассказываться ( в частности, мной) о загадках Вселенной

01.06.2002
11:03

О чем рассказывает алголевская кривая блеска?

29.04.2002
16:09

Повтор передачи "Космология - картина мира" в ночь со 2-го на 3 мая в передаче Александра Гордона

18.04.2002
20:17

Новые снимки Геннадия Борисова: комета Икея-Чанга

14.04.2002
15:17

Кривая блеска

09.04.2002
09:25

Утечка умов. Пути регулирования и проблемы российской науки.