Походження галактик і зірок. Будова нашої Галактики. Еволюція зірок. Синтез хімічних елементів в зірках. Наднові і квазари
Існує точка зору, що з самого початку проторечовини, з якого згодом утворився Всесвіт, з гігантською швидкістю початок розширюватися. На початковій стадії це щільне речовина розлетілося, розбігалось у всіх напрямках і була однорідною вируючу суміш нестійких, постійно розпадаються при зіткненні частинок. Остигаючи і взаємодіючи протягом мільйонів років, вся ця маса розсіяного в просторі речовини концентрувалася у великі і малі газові освіти, які протягом сотень мільйонів років, зближуючись і зливаючись, перетворювалися на величезні комплекси. У них в свою чергу виникали більш щільні ділянки - там згодом і утворилися зірки і навіть цілі галактики.
Навколишні Сонце зірки і саме Сонце складають малу частину гігантського скупчення зірок і туманностей, яку називають Галактикою. Галактика має досить складну структуру. У першому, самому грубому, наближенні можна вважати, що зірки і туманності, з яких вона складається, заповнюють обсяг, який має форму сильно стисненого еліпсоїда обертання. Насправді все йде набагато складніше, і намальована картина є занадто грубою. Насправді різні типи зірок по-різному концентрується до центру Галактики і до її «екваторіальній площині». Наприклад, газові туманності, а також дуже гарячі масивні зірки сильно концентруються до екваторіальній площині Галактики. З іншого боку, зірки і зоряні скупчення деяких типів майже ніякої концентрації до екваторіальній площині не виявляються, але зате характеризуються великою концентрацією в центрі. Істотна частина зірок в Галактиці знаходиться в гігантському диску діаметром приблизно 100 тис. І товщиною близько 1500 світлових років. У цьому диску налічується більше сотні мільярдів зірок самих різних видів. Наше Сонце - одна з таких зірок, що знаходяться на периферії Галактики поблизу її екваторіальній площині. Галактика містить і структурні деталі набагато більших масштабів.
Зірки і туманності в межах Галактики рухаються досить складним чином. Перш за все вони беруть участь в обертанні Галактики навколо осі, перпендикулярної її екваторіальній площині. Різні ділянки Галактики мають різні періоди обертання. Зірки дуже сильно віддалені один від одного. (Одне зіткнення в мільйон років). Число зірок в Галактиці близько трильйона. Найчисленніші з них - карлики з масами, приблизно в 10 разів меншими маси Сонця. Існують також подвійні і кратні зірки, а також зоряні скупчення -групи зірок, пов'язаних силами тяжіння і рухаються в просторі як єдине ціле. У різних сузір'ях виявляються туманні плями, які в основному складаються з газу і пилу - туманності. Цікава невелика дифузна туманність, названа Крабовидной. Це джерело не тільки оптичного випромінювання, але і радіовипромінювання, рентгенівських і гамма-квантів. У центрі Крабовидної туманності знаходиться джерело імпульсного електромагнітного випромінювання - пульсар. Але навіть там, де не видно ні зірок, ні туманностей, простір не порожньо. Воно заповнене дуже розрідженим міжзоряним газом і міжзоряним пилом. У міжзоряному просторі існують різні поля (гравітаційне і магнітне). Галактику можна уявити дуже спрощено у вигляді диска з ядром в центрі і величезними спіральними гілками, в основному містять найбільш гарячі і яскраві зірки і масивні газові хмари. Диск зі спіральними гілками утворює основу плоскої підсистеми Галактики. А об'єкти, що концентруються до ядра Галактики і лише частково проникають в диски, відносяться до сферичної підсистемі. Сама Галактика обертається навколо своєї центральної області. У центрі Галактики зосереджена невелика частина зірок. Тому при обертанні Галактики зі збільшенням відстані від центру змінюються і кутова (спадає), і лінійні (зростає) швидкості обертання Галактики.
Галактики бувають еліптичні (еліпсоїди з різним ступенем стислості (червоні гіганти)), спіральні (наша Галактика, Туманність Андромеди), неправильні (не мають центральних ядер, в них не виявлено закономірності).
В ході структуроутворення у Всесвіті виникли зірки, ці ядерні «багаття», горіння яких підтримується що протікають в їхніх надрах реакціями нуклеосинтеза. на відміну від первинного він отримав назву зоряного нуклеосинтезу. Різноманітність типів зірок і відповідно реакцій зоряного нуклеосинтезу, зміна умов протікання таких реакцій з часом створило ситуацію, докорінно відмінну від існуючої в епоху первинного нуклеосинтезу. звідси виникло переконання, що елементи важче гелію народжувалися (і продовжують народжуватися) в надрах зірок, що вони - зола і шлаки зоряних багать. Як же зоряний нуклеосинтез зробив те, що виявилося не під силу первинного нуклеосинтезу - подолав «щілини мас»?
Ідея механізму такого подолання вперше була висловлена англійським астрофізиком Ф. Хойл (р.1915). Хойл висловив ідею: на певних стадіях розвитку деяких типів зірок з'являються умови для об'єднання трьох ядер гелію (трьох частинок) в ядро вуглецю 12 С. така реакція вирішує проблему подолання «щілини мас», залишаючи позаду відразу обидва бар'єру. Далі відкриваються можливості освіти ще більш важких, ніж вуглець, ядер неону, кисню, кремнію і ін.
Відповідно до сучасних уявлень, присутні в міжзоряному середовищі важкі елементи з'явилися в зірках типу червоних гігантів. Жовті карлики типу нашого Сонця підтримують свій стан головним чином в результаті ядерних реакцій, названих водневим циклом. Так що зірки цього типу не створюють елементів важче гелію. Червоні гіганти мають масу, в кілька разів перевищує сонячну, водень в них вигоряє дуже швидко. У центрі, де зосереджений гелій, їх температура досягає декількох сотень мільйонів градусів, що виявляється достатнім для протікання реакцій вуглецевого циклу. У цьому циклі три ядра гелію з'єднуються і утворюють збуджений ядро вуглецю. Воно в свою чергу може приєднати ще одне ядро гелію і утворити ядро кисню, потім неону і так аж до кремнію. Вигорає ядро зірки стискається і температура в ньому піднімається до 3-10 млрд. Градусів. В таких умовах реакції об'єднання тривають аж до утворення ядер заліза.
З 1963 року почалися відкриття звёздоподобних джерел радіовипромінювання - квазарів. Зараз їх відкрито понад тисячу. Найяскравіший квазар, що має позначення 3С 273, видно як зірка. Насправді цей квазар, що знаходиться від нас на відстані близько 3 млрд. Світлових років, випромінює більше енергії в оптичному діапозоні, ніж найяскравіші галактики. Цей квазар виявився одним з найпотужніших джерел рентгенівського випромінювання. Блиск квазара не залишається постійним, що дозволяє оцінити розміри квазара. Вони перевищують розміри одного світлового року. Отже, квазар більше звичайних зірок, але набагато менше нашої галактики. Квазари не схожі на звичайні зірки своїми масами. Маси квазарів досягають багатьох мільйонів сонячних мас.
Походження і склад Сонячної системи. Дослідження планет космічними апаратами.
Два корінних питання планетології: чи є утворення планетних систем у Всесвіті правилом або єдина відома людству Сонячна система з'явилася в результаті рідкісного збігу обставин, що робить її унікальною? Який механізм утворення Сонячної системи? Доказових відповідей на ці питання поки немає.
Сучасна наукова думка рішуче відкидає припущення про випадковий освіту і винятковому характер події такого значення, як виникнення складного спільноти зірок і групи пов'язаних з ними планет. На користь такої точки зору говорять відомі на сьогоднішній день факти, отримані при дослідженні зірок у близьких до Сонця галактичних околицях. У більшості астрономів на цей рахунок склалося цілком певна думка: сучасна астрономія дає серйозні аргументи на користь наявності планетних систем у багатьох зірок, на користь їх типовості, а не винятковості.
За останні 50 років регулярно надходять відомості, які тлумачаться як аргументи на користь наявності планетних тіл або передумов для їх освіти близько великої кількості зірок, що знаходяться в радіусі приблизно 20 парсек від Сонця. Особливо багата інформація почала надходити після запусків астрономічних супутників, оснащених різноманітними дослідницькими приладами високої точності. Помітно удосконалилися і наземні засоби спостереження, розвинені принципово нові методи обробки одержуваних з їх допомогою даних.
Починаючи з 1983 року американський супутник Ірасу, заслуги якого відзначалися в зв'язку з його внеском в «гарячу» модель освіти галактик, виявив приблизно у 10% зірок, що знаходяться в околицях Сонця, надмірне інфрачервоне випромінювання. На думку фахівців, воно пов'язане з присутністю навколо таких зірок пилових дисків, що містять дрібні тверді частинки. Детальні наземні дослідження цих зірок підтвердили такі припущення.
Про механізм формування планет, зокрема в Сонячній системі, також немає загальновизнаних висновків. Сонячна система, за оцінками, утворилася приблизно 5 млрд. Років тому, причому Сонце - зірка другого (або ще більш пізнього) покоління. Так що Сонячна система виникла на продуктах життєдіяльності зірок попередніх поколінь, скапливавшихся в газопилових хмарах. Ця обставина дає підставу назвати Сонячну систему малою частиною зоряний пил. Про походження Сонячної системи і її історичного еволюції наука знає менше, ніж необхідно для побудови теорії планетообразования. Від перших наукових гіпотез, висунутих приблизно 250 років тому, до наших днів запропоновано велику кількість різних моделей походження і розвитку Сонячної системи, але жодна з них не була удостоєна перекладу в ранг загальновизнаної теорії. Більшість з висувалися раніше гіпотез сьогодні представляє лише історичний інтерес.
Сонячна система - дуже складне природне утворення, що поєднує різноманітність складових її елементів з високою стійкістю системи як цілого.
При такому числі і різноманітності складових систему елементів, при тих складних взаєминах, які встановлюються між ними, завдання теоретичного опису Сонячної системи, не кажучи вже про задачі визначення механізму її утворення, виявляється дуже непростою.
Відповідно до сучасних уявлень, вирішення проблеми утворення Сонячної системи вимагає врахування присутніх магнітних полів, плазмового стану речовини, ефектів взаємодії магнітних полів з плазмою, магнитогидродинамических і газодинамічних явищ, хімічних взаємодій елементів. Хоча сьогоднішні уявлення про процес утворення Сонячної системи далекі від завершення, склалося міцне уявлення про закономірний характер процесів цього типу, що протікають в загальному потоці структурної самоорганізації Всесвіту. Локальні структури формуються за участю двох протилежних, але взаємопов'язаних механізмів: фракціонування великих неорганізованих утворень (таких, як газопилові хмари) і акреції дрібних частинок речовини з утворенням більш організованих великих об'єктів, що розвиваються потім як природне тіло. Необхідна умова спільної дії цих механізмів - значна нерівноважності середовища, в якій відбувається формування структур.