Белые карлики, нейтронные звезды и коричневые карлики на самом деле вовсе не звезды. Вот почему.
Когда дело доходит до звезд, существует огромное разнообразие их типов. Наше Солнце не представляет собой ничего впечатляющего, так как есть звезды и краснее, и голубее, ярче и тусклее, и в большом количестве более или менее массивные. В то время как наше Солнце будет жить в общей сложности около 10-12 миллиардов лет, некоторые звезды могут жить до триллионов лет, в то время как другие взорвутся или разрушатся всего через миллионы лет. Разнообразие звезд огромно.
И тем не менее, многие из объектов во Вселенной, которые мы называем звездами - например, белые карлики, коричневые карлики, нейтронные звезды и другие - на самом деле вовсе не звезды. Чтобы быть звездой, вам нужно делать больше, чем просто излучать свет со всей галактики. Вот почему, согласно астрономии, огромное количество объектов, которые мы называем «звездами», не входят в этот список.
Загляните внутрь нашего Солнца. Что вы находите? Подобно Земле, Юпитеру или любому очень массивному объекту, он состоит из слоев, каждый из которых имеет разные свойства. Самые внешние слои фотосферы Солнца имеют температуру в несколько тысяч градусов по Кельвину, но глубоко внутри внутренних слоев температура резко возрастает. Все тепло, генерируемое в ядре звезды, должно выйти на поверхность, но с таким количеством частиц внутри, почти все из которых ионизированы, фотону могут потребоваться сотни тысяч лет, чтобы выбраться наружу.
Чем глубже вы идете к центру Солнца, тем жарче становится. Примерно на полпути к ядру достигается важный температурный порог: 4 миллиона К. Именно здесь проявляется звездообразная природа нашего Солнца.
Наше Солнце - звезда не потому, что оно достаточно массивное, не потому, что оно достаточно яркое, и не потому, что оно достаточно горячее, хотя, безусловно, это все вместе. Масса, светимость и температура - необходимые параметры звезды, но каждого из них по отдельности недостаточно для создания звезды. Внутри настоящих звезд происходит что-то особенное: они превращают необработанные протоны в гелий в своем ядре.
Для запуска требуется температура около 4 миллионов К, тогда как более высокие температуры просто увеличивают скорость реакции. Максимальная температура ядра нашего Солнца достигает 15 миллионов К, что объясняет, почему оно примерно в тысячу раз ярче, чем звезда с более низкой температурой в 4 миллиона К. Звезда, которая еще ярче и горячее Солнца, может иметь тысячи или даже миллионы раз ярче Солнца; реакции синтеза сильно зависят от температуры.
Звезды с массой менее 40% массы Солнца будут превращать водород только в гелий; они не могут сжаться и нагреться, чтобы превратить гелий во что-то более тяжелое. Звезды, которые достаточно массивны, как наше Солнце, будут превращать гелий в углерод, когда в ядре закончится водород, а звезды, более чем в 8 раз массивнее Солнца, будут превращать углерод в кислород и еще более тяжелые элементы. Любая звезда, в которой происходит синтез водорода, гелия, углерода, кислорода или более тяжелых элементов, считается звездой. Сюда входят красные карлики, звезды, подобные Солнцу, красные и голубые гиганты и сверхгиганты, а также каждая точка звездного света, которую вы можете увидеть своими глазами в ночном небе.
Но он не включает все объекты, в названии которых есть «звездочка». Это намеренно исключает объекты, которые могут синтезировать определенные тяжелые изотопы водорода и гелия, например, при более низких температурах. Коричневые карлики представляют собой объекты, масса которых более чем в 13 раз превышает массу Юпитера, но их масса меньше, чем у настоящих красных карликов, и они могут синтезировать дейтерий, а иногда и литий, но никогда не достигают порога, необходимого для синтеза водорода в гелий. Для объектов в этом температурном диапазоне - , где ядра горячее 1 миллиона К, но ниже 4 миллионов К - , мы часто считаем коричневые карлики несостоявшимися звездами в том смысле, что, если бы они стали более массивными и нагретыми, они могли бы быть низкими. -массовые звезды, в конце концов.
Два маломассивных коричневых карлика могут когда-нибудь слиться и образовать настоящую звезду.
Есть также классы объектов, которые все еще находятся в процессе формирования: протозвезды. Когда-нибудь в будущем они, вероятно, станут звездами, так как начнут превращать водород в гелий в своем ядре. Но задолго до того, как это произойдет, большое, массивное молекулярное облако газа должно разрушиться, а это проблема, если подумать об энергии.
Облако газа обладает большой потенциальной энергией; если бы он рухнул под действием собственной гравитации, он преобразовал бы это в какую-то другую форму энергии. Эта энергия должна быть излучена, чтобы образовался устойчивый сжатый объект, подобный звезде. Так что же происходит? Он должен высвобождать энергию в виде света и тепла. Следовательно, эти протозвезды могут освещать космос так же, как и звезды, но они получают свою энергию от гравитационного коллапса, а не от синтеза.
В большинстве случаев эти протозвезды станут настоящими звездами, так как произойдет слияние протонов с гелием (и, возможно, за его пределами). Но в течение 10-15 миллионов лет их питает преобразование гравитационной энергии в электромагнитную энергию. Звезды, подобные Солнцу (масса не более чем в два раза больше солнечной), известны как звезды типа Т Тельца; более массивные - звезды Хербига. Однако оба они являются неправильными, поскольку им не хватает слияния, необходимого для того, чтобы их можно было классифицировать как настоящие звезды.
Они почти всегда доберутся туда, в конце концов, но как яйцо - не курица, так и протозвезда - еще не звезда.
Наконец, есть остатки звезд. Звезды, подобные Солнцу, закончат свою жизнь в фазе белого карлика, когда израсходованное ядро звездного топлива сжимается до размера, не превышающего размер планеты Земля. Эти объекты будут оставаться горячими и светящимися сотни триллионов лет, но они не будут генерировать новую собственную энергию. Они просто сияют на основе энергии, с которой они родились, когда звезды, создавшие их, умерли. Белые карлики - и их версии далекого будущего, известные как черные карлики - , являются звездными остатками, а не самими настоящими звездами.
Даже когда материя срастается на поверхности белого карлика и вспыхивает слиянием, создавая новую звезду, его нельзя считать звездой. В ядре звезд происходит слияние; поверхностное слияние просто не годится.
Самым впечатляющим является нейтронная звезда, образовавшаяся в результате массивного взрыва ядра сверхновой. В сфере радиусом всего в несколько километров может быть собрано до 2,5 солнечных масс материала, вращающегося со скоростью до 2/3 скорости света. Плотнее атомного ядра нейтронная звезда является одним из самых экстремальных объектов, которые может предложить Вселенная, а столкновения нейтронных звезд с нейтронными звездами порождают большинство самых тяжелых элементов во Вселенной сегодня.
Тем не менее, несмотря на свое название, нейтронная звезда вовсе не звезда, а ее остаток. Как и в случае с другими звездными остатками, протозвездами и несостоявшимися звездами, просто добавление слова «звезда» в их название не делает их таковыми. Без ядерного синтеза в ядре нейтронная звезда выглядит не менее эффектно, но это не звезда.
Здесь есть урок, который должны знать все ученые: не имеет значения, как вы называете или классифицируете то, что изучаете. Скорее, важно, чтобы вы понимали свойства, которыми он обладает и которых не имеет. Неважно, классифицируете ли вы Плутон как планету или нет; понимание его физических и орбитальных свойств. Независимо от того, классифицируете ли вы вирус как живой или неживой, не так важно, как понимание его структуры, функций и воздействия на окружающую среду и организмы в ней. Не каждый объект со словом «звезда» в названии превращает водород в гелий, гелий в углерод или более тяжелые элементы в еще более тяжелые, но белые карлики, нейтронные звезды, коричневые карлики и протозвезды не менее эффектны для этого. Не все звезды, и это хорошо. Каждый объект играет свою уникальную роль в космической истории, создавшей нас.