Вселенная потрясает разнообразием типов звезд

Обычная звезда формируется из комка пыли и газа. За сотни тысяч лет сгусток набирает массу, начинает вращаться и нагреваться. Когда ядро ​​сгустка нагревается до миллионов градусов, начинается ядерный синтез. Этот процесс происходит, когда два протона, ядра атомов водорода, сливаются, образуя одно ядро ​​гелия. Слияние высвобождает энергию, которая нагревает звезду, создавая давление, противодействующее силе ее гравитации. Рождается звезда. Ученые называют звезду, в ядре которой синтезируется водород и гелий, звездой главной последовательности. Звезды главной последовательности составляют около 90% звездного населения Вселенной. Они различаются по яркости, цвету и размеру — от одной десятой до 200 масс Солнца — и живут от миллионов до миллиардов лет. Альфа Центавра и Сириус являются примерами таких звезд.

Когда у звезды главной последовательности, масса которой меньше массы Солнца в восемь раз, в ее ядре заканчивается водород, она начинает коллапсировать, потому что энергия, вырабатываемая в результате синтеза, является единственной силой, борющейся с гравитационным стремлением сблизить материю. Но сжатие ядра также увеличивает его температуру и давление настолько, что его гелий начинает сливаться в углерод, который также высвобождает энергию. Водородный синтез начинает проникать во внешние слои звезды, заставляя их расширяться. В результате получается красный гигант, который кажется скорее оранжевым, чем красным. В конце концов, красный гигант становится нестабильным и начинает пульсировать, периодически расширяясь и выбрасывая часть своей атмосферы. В конце концов, все его внешние слои сдуваются, создавая расширяющееся облако пыли и газа, называемое планетарной туманностью. Солнце станет красным гигантом примерно через 5 миллиардов лет. Арктур ​​в северном созвездии Волопаса и Гамма Креста в южном созвездии Креста (Южный Крест) — красные гиганты, видимые невооруженным глазом.

После того, как красный гигант сбросил всю свою атмосферу, от него остается только ядро. Ученые называют такой звездный остаток белым карликом. Белый карлик обычно размером с Землю, но в сотни тысяч раз массивнее. Чайная ложка его материала будет весить больше, чем автомобиль. Белый карлик не производит нового собственного тепла, поэтому он постепенно остывает в течение миллиардов лет. Несмотря на название, белые карлики могут излучать видимый свет в диапазоне от сине-белого до красного. Ученые иногда обнаруживают, что белые карлики окружены пыльными дисками из материала, обломков и даже планет — остатков фазы красного гиганта первоначальной звезды. Примерно через 10 миллиардов лет, когда Солнце было красным гигантом, оно станет белым карликом.

Белые карлики слишком тусклые, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом, хотя некоторые из них можно найти в двойных системах с легко видимой звездой главной последовательности. Процион B является примером в северном созвездии Малого Пса. Однако, если у вас дома есть телескоп, вы сможете увидеть одиночные белые карлики LP 145-141 в южном созвездии Мухи и звезду Ван-Маанена в северном созвездии Рыб.

Нейтронные звезды — это звездные остатки, масса которых больше, чем у Солнца, ширина такой звезды может быть 20 км. Нейтронная звезда образуется, когда у звезды главной последовательности, масса которой примерно в восемь-двадцать раз превышает массу Солнца, в ее ядре заканчивается водород. (Более тяжелые звезды производят черные дыры звездной массы.) Звезда начинает превращать гелий в углерод, как и звезды с меньшей массой. Но затем, когда в ядре заканчивается гелий, оно сжимается, нагревается и начинает преобразовывать свой углерод в неон, который высвобождает энергию. Этот процесс продолжается по мере того, как звезда превращает неон в кислород, кислород в кремний и, наконец, кремний в железо.

Эти процессы производят энергию, которая удерживает ядро ​​от коллапса, но каждое новое топливо дает ему все меньше и меньше времени. К тому времени, когда кремний превратится в железо, топливо у звезды закончится за считанные дни. Следующим шагом будет сплавление железа с более тяжелым элементом, но для этого требуется энергия, а не ее высвобождение. Ядро схлопывается, а затем возвращается к своему первоначальному размеру, создавая ударную волну, которая проходит через внешние слои звезды. Результатом является огромный взрыв, называемый сверхновой. Остаток ядра представляет собой сверхплотную нейтронную звезду.

Пульсары: это тип быстро вращающихся нейтронных звезд. На поверхности этих объектов образуются яркие горячие пятна рентгеновского излучения. Когда они вращаются, пятна появляются и исчезают из поля зрения, как лучи маяка. Некоторые пульсары вращаются быстрее, чем лопасти блендера.

Нейтронные звезды слишком тусклые, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом или в любительские телескопы, хотя космический телескоп Хаббл смог зафиксировать несколько таких звезд в видимом свете. Астрономы обычно наблюдают за ними с помощью рентгеновских лучей и радиоизлучения.

Красные карлики — это самые маленькие звезды главной последовательности — всего лишь часть размера и массы Солнца. Они также самые крутые и кажутся более оранжевыми, чем красными. Когда красный карлик производит гелий в результате синтеза в своем ядре, высвобождаемая энергия приносит материал на поверхность звезды, где он охлаждается и опускается вниз, принося с собой свежий запас водорода к ядру. Из-за этого постоянного взбалтывания красные карлики могут неуклонно сжигать весь свой запас водорода в течение триллионов лет, не изменяя своей внутренней структуры, в отличие от других звезд. Ученые считают, что у некоторых маломассивных красных карликов, имеющих лишь треть массы Солнца, продолжительность жизни больше, чем нынешний возраст Вселенной, примерно до 14 триллионов лет. Красные карлики также рождаются в гораздо большем количестве, чем более массивные звезды. Красные карлики слишком тусклые, чтобы увидеть их невооруженным глазом. Но с помощью домашнего телескопа вы сможете увидеть Лакайля 8760 в южном созвездии Микроскоп или Лаланд 21185 в северном созвездии Большой Медведицы.

Коричневые карлики технически не являются звездами. Они массивнее планет, но не настолько массивны, как звезды. Как правило, они имеют от 13 до 80 масс Юпитера. Они почти не излучают видимого света, но ученые видели некоторые из них в инфракрасном свете. Некоторые коричневые карлики образуются так же, как звезды главной последовательности, из сгустков газа и пыли в туманностях, но они никогда не набирают достаточно массы, чтобы осуществить синтез в масштабе звезды главной последовательности. Другие могут образовываться подобно планетам из дисков газа и пыли вокруг звезд. Коричневые карлики невидимы как для невооруженного глаза, так и для любительских телескопов.