Происхождение и эволюция звезд и галактик

В настоящее время установлено, что звезды и звездные скопления имеют разный возраст — от 1010 лет (шаровые звездные скопления) до 10 лет для самых молодых (рассеянные звездные скопления и звездные ассоциации). В этой картине еще много неясного, многое подлежит уточнению, однако в главных чертах она представляется достаточно обоснованной [1,9, 10, 19, 29]. В общем виде эволюция звезд проходит несколько стадий:

• — возникновение звезды в результате конденсации межзвездных пыли и газа, богатого водородом;
• — стадия термоядерных реакций превращения водорода в гелий в центре звезды (наиболее длительная);
• — при исчерпании в центре водорода ядро сжимается и нагревается, а оболочка сильно расширяется; даже при увеличении светимости температура поверхности падает — звезда становится красным гигантом;
• — термоядерное загорание гелия и более тяжелых элементов в ядре звезды, сопряженное в ряде случаев со сбросом водородной оболочки и образованием так называемой планетарной туманности;
• — остывание остатка звезды, переход в стадию белого карлика.

В зависимости от начальной массы, возможно, и от момента вращения звезды могут завершить свою эволюцию взрывом сверхновой (с остатком в виде нейтронной звезды либо без остатка). Согласно общей теории относительности, наиболее массивные звезды, сохранившие свою массу вплоть до исчерпания термоядерного горючего, должны коллапсировать в состояние черной дыры.

Важной характеристикой является вращение звезды вокруг своей оси. Звезды с высокой температурой вращаются очень быстро — экваториальная скорость вращения у них, как правило, превышает 100 км/с. Скорость вращения звезды падает с уменьшением ее температуры. Например, у Солнца скорость вращения точек экватора составляет всего около 2 км/с.

Считается, что первичная туманность, из которой образуется звезда, имеет начальный момент количества движения. Если бы этот момент количества движения сохранялся, то звезды не образовывались, так как туманность, сжимаясь, увеличивала бы скорость вращения и разорвалась задолго до этого. Очевидно, что момент количества движения каким-то образом удаляется из туманности. Полагают, что это происходит следующим образом. Конденсирующаяся туманность связана с окружающей менее плотной средой магнитным полем. Поскольку межзвездная материя к магнитным силовым линиям, то вращение конденсирующейся туманности передается окружающей среде и туманность теряет момент количества движения до тех пор, когда плотность протозвезды становится достаточно высокой. Окончательно сконденсировавшаяся звезда должна иметь экваториальную скорость несколько сот километров в секунду независимо от массы. Для горячих звезд наблюдения дают именно такую скорость вращения. У холодных звезд скорость вращения гораздо меньше. Так, в Солнечной системе 98% момента количества движения принадлежит планетам и только 2% - Солнцу. Медленное вращение холодных звезд может быть объяснено наличием у них планетных систем, аналогичных Солнечной. Если это так, то число планетных систем в Галактике достаточно велико.

Соотношение общего количества звездного и межзвездного вещества в галактиках со временем убывает, поскольку из межзвездной диффузной (рассеянной) материи образуются звезды, которые в конце своего эволюционного пути возвращают в межзвездное пространство только часть вещества; некоторая его часть остается в белых карликах и в нейтронных звездах. Перерабатываясь в звездных недрах, вещество галактик постепенно изменяет химический состав, обогащаясь гелием и тяжелыми элементами. Считается, что галактики образовались из газовых облаков, которые состояли главным образом из водорода. Возможно, эти облака содержали только водород, а гелий и тяжелые элементы появились в результате термоядерных реакций внутри звезд. Однако самые тяжелые ядра (уран и торий) не могли образоваться в этом процессе. Предполагается, что они возникают при вспышках сверхновых звезд в результате быстрого их сжатия (коллапса) и последующего взрыва.

Столкновения облаков межзвездного газа приводят к постепенному уменьшению их скорости, кинетическая энергия переходит в тепловую и меняются форма и размеры газового облака. Согласно расчетам, в случае быстрого вращения такое облако должно принять форму сплющенного диска, как, например, форма нашей Галактики. Если же облако вращается медленно, формируется не спиральная галактика, а эллиптическая.