ЦЯ ЗІРКА ДОСЯГЛА КІНЦЯ СВОГО ЖИТТЯ

Send

Близько 10 000 світлових років у сузір’ї Кентавра знаходиться планетарна туманність під назвою NGC 5307. Планетна туманність - це залишок такої зірки, як наше Сонце, коли вона досягла того, що можна описати як кінець свого життя. Це зображення Хаббла NGC 5307 не тільки змушує замислюватися про минуле зірки, але і змушує задуматися про майбутнє нашого власного Сонця.

Процес старіння зірки та досягнення кінця її життя - довга повільна історія, наповнена епізодами швидких змін. Так само, як це зробив NGC 5307, наше Сонце з часом стане червоним гігантом, відкинувши його зовнішні шари газу. Через кілька мільярдів років вона сама стане білим карликом, освітлюючи шари газу, який він проливає, як планетарну туманність.

Зараз наше Сонце стоїть на головній послідовності. Це злиття водню в гелій всередині його ядра. В результаті цього синтезу виділяється величезна кількість енергії, нагріваючи Землю і зберігаючи життя тут. (Це фактично не синтез, який виробляє більшу частину тепла; це протонна-протонна ланцюг.)

Але зірка - це балансуючий акт між зовнішнім тиском плавлення і внутрішнім тиском власної сили тяжіння. Цей баланс називається гідростатичною рівновагою, і він не може тривати вічно.

Рік за роком, століття за століттям, еон за еоном, Сонце продовжує зливати водень у гелій, вивільняючи тепло і втрачаючи масу. Хоча така зірка, як наше Сонце, може здаватися стабільною і незмінною, нічого в природі не змінюється. Сонце щомісяця сплавляє в гелій близько 600 мільйонів тонн водню, втрачаючи при цьому масу. Він втрачає масу, перетворюючи речовину в енергію, як пояснено Ейнштейном E = mc².

Це значна сума. Насправді, за час свого приблизно 4,5 мільярда років життя, Сонце втратило кількість маси, подібну до маси Юпітера.

Врешті-решт акт врівноваження буде назавжди змінений, оскільки Сонце втратить достатню масу, що внутрішньої сили його сили тяжіння буде недостатньо, щоб утримувати зовнішню силу свого злиття. Зірка розшириться в червоного гіганта.

Астрономи підраховують, що коли наше Сонце стане червоним гігантом, приблизно через 5 мільярдів років воно розшириться достатньо, щоб охопити Меркурій, Венеру та, ймовірно, Землю. Привівши до цього, Сонце стане приблизно вдвічі світлішим, ніж зараз. У цей момент Земля отримає приблизно стільки ж енергії від Сонця, скільки зараз Венера. Не хороший прогноз для життя.

Після своєї фази червоного гіганта Сонце стане субгігантом. Він збільшиться вдвічі за півмільярда років. Потім настає ще одна півмільярдна фаза, коли вона знову подвоюється за розмірами, а також стає до двох тисяч разів яскравішою. На даний момент Сонце - це величезний, яскравий, грізний об’єкт, який став червоним і спожив внутрішні планети Сонячної системи.

У цей момент Сонце опиниться на гілці червоного гіганта. У ньому буде серцевина гелію, оточена шаром водню. Після мільярдів років активного життя Сонцю залишиться лише близько 100 мільйонів років активного життя. Але за ці 100 мільйонів років існує велика активність.

Спочатку є спалах гелію, де Сонце спалить 40% своєї маси. Це вдасться перетворити близько 6% гелію в його ядрі у вуглець. Це займе лише кілька хвилин, шокуюче поєднання проти мільярдів років у житті Сонця.

Втративши всю цю масу, вона зменшиться приблизно в 10 разів від її поточного розміру і приблизно в 50 разів перевищує її світність. У цей момент Сонце перебуває на горизонтальній гілці, і воно буде продовжувати спалювати гелій у своєму ядрі протягом наступних ста мільйонів років, стаючи трохи більшим і світлішим.

Але зараз Сонцю не вистачає пального. Гелій в його ядрі ще більше виснажується, і він втрачає більше маси. Ніщо не може перешкодити цьому статися, і Сонце знову розшириться, як це було, коли він вперше увійшов у фазу червоного гіганта. Але це розширення буде набагато швидшим.

Все йде на Сонце, і воно стає все більш нестабільним. Наше колись невгамовне Сонце вступає у свої завершальні етапи. Зараз він перебуває у фазі асимптотичного гіганта-гілки, і витратить приблизно 20 мільйонів років на початку цієї фази. Він має переважно інертне ядро кисню та вуглецю, оболонку, де гелій зливається у більше вуглецю, та іншу оболонку, де водень зливається в гелій. Там багато чого відбувається

Це призведе до суєти в серії теплових імпульсів і втрат маси. Кожен з цих імпульсів триває лише сто років або близько, і в кожному з них Сонце розшириться і стане більш світлим. Кожен пульс буде сильнішим за попередній, і цей період триває близько 100 000 років. Розрахунки показують, що наше Сонце, швидше за все, переживе чотири з цих імпульсів наприкінці свого життя.

Після того, як ослаблений цими імпульсами, Сонце заспокоїться. Сонце для всіх намірів і цілей мертве. Або принаймні в комі. Імпульси пролили його зовнішні шари, і тепер це білий карлик. Цей білий карлик буде містити лише близько 50% від початкової маси Сонця.

Сонце мертве, бо вже немає синтезу. Як білий карлик, він випромінює тільки накопичену енергію. Він складається з щільно упакованих електрон-вироджених речовин, і ніякого синтезу не може відбутися.

Але він все ще світиться, і енергія, яку він випромінює, вражає шари газу, який він проливає під час своїх теплових імпульсів, іонізуючи газ і освітлюючи його. Тоді наше Сонце буде планетарною туманністю. І це повертає нас до NGC 5307.

NGC 5307 - це погляд вперед до кінця життя Сонця. Так само, як NGC 5307, наше Сонце одного дня, через мільярди років, буде лише залишком його колишньої слави як життєдайний кулька плазми. Незважаючи на планетарну назву туманності, поблизу планет не буде. Це знищить їх під час її розширення. Буде лише газ.

Але навіть газ згодом зникне. Він відійде від зірки і охолоне. Приблизно через 10 000 років, як планетарна туманність, колишнє Сонце збережеться як слабкий білий карлик протягом трильйонів років. Після цього, згідно теорії, Сонце стане чорним карликом. Він повністю охолоне і не виділяє енергії. Це теоретично, тому що чорних карликів не спостерігалося. Насправді, для того, щоб зірка еволюціонувала до цього гіпотетичного стану чорного карлика, потрібно більше часу, ніж епоха самого Всесвіту досі.

Газ, що виганяється з планетарної туманності, все ще має роль. Протягом хаосу останніх етапів еволюції Сонця він створював елементи, важчі за водень та гелій, завдяки зоряному нуклеосинтезу. Ці елементи, звані в астрономії металами, будуть вислані в космос і перенесені в інший зоряний процес формування. Вони збагатять наступну зірку, яка народиться, і наступні планети, які можуть сформуватися навколо цієї майбутньої зірки.

Назва планетарної туманності - це неправильне значення з попередніх днів астрономії. Вони жодним чином не пов'язані з планетами. Але деякі з перших спостерігачів цих зоряних залишків, маючи доступні їм у той час телескопи, побачили округлі форми і припустили, що вони планети.

Тепер ми знаємо, що це неправда. Зараз ми визнаємо їх такими, якими вони є. Кожна з цих туманностей - це як знімок, який підсумовує мільярди років, які знадобилися, щоб досягти цього стану. І хоча це ніколи не буде спостерігатися людськими очима (напевно,), це і є можлива доля нашого Сонця.

Примітка для читачів:

Існує величезна кількість деталей у житті та можливій смерті зірки. Коли ми говоримо щось на зразок "злиття водню в гелій виділяє тепло", це набагато більше, і набагато більше, ніж може вписатися в одну статтю.

Якщо ви хочете дізнатися більше про зірок, рекомендую «Життя і смерть зірок» (2013) Кеннета Р. Ланга. Ланг - професор астрономії в Університеті Тафтс, і він чудово працює, пояснюючи все зоряне.