Солнце: когда и как умрет наша звезда?
Солнце, без которого жизнь никогда не была бы возможна на Земле, не вечно. Вот как должен выглядеть конец нашей звезды, возраст которой сегодня составляет 4,6 миллиарда лет.
Для звезд продолжительность жизни определяется их массой. Чем больше она массивна, тем больше жизнь коротка и состоит из нескольких миллионов лет, чтобы наконец закончиться неистовым пламенем космического фейерверка, сверхновой.
Для нашего Солнца все будет иначе. Наша звезда представляет собой желтый карлик, общая продолжительность жизни которого по массе (в 330 000 раз больше массы Земли) составляет около 10 миллиардов лет. Хорошая новость для жизни на Земле: сейчас ей всего 4,6 миллиарда лет, поэтому она должна еще светить пять миллиардов лет, по оценкам астрономов.
Тем не менее по-прежнему необходимо будет думать о перемещении, потому что Земля станет непригодной для жизни менее чем через миллиард лет (несмотря на текущее глобальное потепление). Почему? Потому что светимость Солнца будет продолжать расти примерно на 10% каждые миллиард лет. Таким образом, наша нежно-голубая постепенно превратится в печь, подобно, возможно, тому аду, который сейчас царит на нашей соседке Венере.
Следовательно, обитаемая зона в нашей Солнечной системе сместится. Также можно представить, что Homo sapiens мигрирует на Марс, который станет более мягким. Но если бы это случилось, это не продлилось бы долго. Поэтому, возможно, нам придется отправиться на другие звезды, если человеческий род тогда сможет это позволить.
Что будет, когда Солнце умрет?
Со временем запасы водорода, накопленные Солнцем при рождении, иссякнут. Обладая относительно небольшой массой, звезда на протяжении миллиардов лет поддерживала баланс между гравитацией и излучением (в результате синтеза водорода). Но наступит «день», когда топливо закончится.
Тогда в сердце звезды будет править гелиевое ядро (созданное путем слияния водорода), которое рухнет на себя. Температура, которая увеличивается при сжатии, высвобождает энергию, которая отталкивает внешние слои Солнца. Всего за пять миллионов лет звезда значительно вырастет и превратится в то, что астрофизики называют красным гигантом. Красный, потому что температура его поверхности упадет (до 3000 К).
Согласно исследованию, опубликованному в 2008 году, ее радиус переместится с примерно 700.000 километров сегодня до более 170 миллионов километров! Другими словами, Меркурий, Венера, а также Земля будут перенесены внутрь, наконец, они будут уничтожены (если орбита нашей планеты не будет отодвинута назад, это будет зависеть от массы, потерянной красным гигантом). При сжатии ядро гелия нагревается и успевает достичь температуры 100 миллионов градусов. В этих условиях гелий может начать ковать углерод. Это известно как «гелиевая вспышка». Но это не продлится долго. И дальше он не пойдет, потому что оставшейся массы Солнца не хватит, чтобы достичь 600 миллионов градусов в центре — температуры, необходимой для воспламенения углеродного ядра. Вокруг нее в течение нескольких тысяч лет будут гореть водород и гелий, в результате чего наша звезда отслаивается и еще больше расширяется ее внешняя оболочка.
В конце концов, потому что не будет излучения, уравновешивающего его, возобладает гравитация. Остальная часть ядра нашей звезды сжимается и становится белым карликом, телом размером с Землю, чрезвычайно плотным и горячим (около 30 000 °C). В то же время внешние слои, которые находятся слишком далеко, будут растворяться в космосе. Около 10 000 лет оболочка будет сиять изнутри, светясь в свете еще теплого центрального очага. В результате получится планетарная туманность. Станет ли она видимой из других планетарных систем, подобных тем, которые мы можем видеть через наши телескопы? Среди наиболее известных — Туманность Кольцо, в созвездии Лиры и Туманность Гантель в созвездии Лисички.
Смогут ли наши потомки в изгнании наблюдать за остальным Солнцем, вокруг которого процветала жизнь? Исследование, опубликованное в мае 2018 года, показало с помощью моделей звездной эволюции, что это будет возможно. Из-за своей массы Солнце было бы на пределе светимости. Таким образом, планетарная туманность будет видимой, но очень слабой.
Что дальше? Это действительно будет конец? Нет. Огненному сердцу понадобятся миллиарды лет, чтобы остыть и стать черным карликом. Тем временем, у Солнца впереди еще много прекрасных дней.
Источник
Учёные рассказали, как и когда погибнет Солнечная система
Солнечная система неизбежно погибнет, заявляют учёные.
Иллюстрация NASA.
Через несколько миллиардов лет Солнце превратится в белый карлик, окружённый туманностью из выброшенного вещества.
Иллюстрация NASA/JPL-Caltech.
Астрономы рассчитали, когда разрушится Солнечная система. Оказалось, что до этого печального события ещё 30 миллиардов лет. (Впрочем, наша планета погибнет гораздо раньше.)
Сценарий грядущей катастрофы изложен в научной статье, опубликованной в издании Astronomical Journal.
Когда Солнца не станет
Солнечной системе около 4,5 миллиарда лет отроду (к слову, жизнь на Земле ненамного младше). Однако ничто не вечно не только под Луной, но и вообще во Вселенной.
Солнце постепенно увеличивает яркость, и уже через 1,1 миллиарда лет наша планета станет слишком жаркой для жизни. А примерно в пятимиллиардном году нашей эры светило превратится в красный гигант. Оно сильно раздуется, буквально проглотив Меркурий, Венеру и Землю.
В качестве красного гиганта Солнце просуществует ещё около миллиарда лет. Всё это время внешние слои звезды будут постепенно улетучиваться в космос. Таким образом она потеряет примерно половину нынешней массы.
К этому времени термоядерное топливо полностью закончится, и Солнце станет белым карликом. В нём уже не будет происходить никаких термоядерных реакций, так что светило будет постепенно остывать.
Через десять миллиардов лет после превращения нашей звезды в белый карлик она остынет настолько, что перестанет излучать свет (хотя ещё долго будет испускать инфракрасное излучение). Таково будущее Солнца.
Время покидать гнездо
Но что же станет с планетами? Ответ на этот вопрос и искали авторы нового исследования.
Они сосредоточились на будущем гигантов: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Меркурий, Венера и Земля, напомним, погибнут ещё на стадии превращения Солнца в красный гигант. Марс выживет, но авторы пренебрегли им. Дело в том, что гравитация Красной планеты, которая вдесятеро легче Земли, не окажет никакого влияния на судьбу соседей по Солнечной системе.
Итак, что же произойдёт с планетами-гигантами? После того как Солнце потеряет половину массы, их орбиты станут более широкими. При этом Юпитер и Сатурн попадут в так называемый резонанс 5:2. То есть Юпитер будет совершать пять оборотов вокруг остывающей звезды, пока Сатурн делает два. Из-за этого две планеты будут регулярно проходить на сравнительно небольшом расстоянии друг от друга и сильно влиять друг на друга своей гравитацией.
Такая конфигурация уязвима перед тяготением пролетающих мимо Солнечной системы звёзд. Под влиянием таких рандеву новые орбиты через некоторое время потеряют устойчивость. Впрочем, «некоторое время» займёт около 30 миллиардов лет (это примерно два текущих возраста Вселенной).
Из-за наступившей нестабильности в последующие 10 миллиардов лет Солнечную систему покинут все планеты-гиганты, кроме одной (какая именно выживет – дело случая). Они превратятся в миры-изгои, летящие сквозь Галактику.
Осиротевший гигант будет обращаться вокруг несветящегося Солнца ещё примерно 50 миллиардов лет. После этого к остаткам Солнечной системы необычно близко подойдёт соседняя звезда, отправив в путешествие без возврата и последнюю планету из «большой четвёрки».
Если к тому времени что-нибудь случится и с Марсом, то на этом существование Солнечной системы можно будет считать окончательно завершённым.
Разумеется, человечество вряд ли застанет все эти печальные события. Ведь типичный срок существования биологического вида составляет от одного до десяти миллионов лет. За это время вид либо вымирает, либо настолько эволюционирует, что его приходится считать уже другим видом.
Если же через миллиарды лет в Солнечной системе всё ещё будет существовать некий разум, то вряд ли мы сейчас можем представить себе его могущество. Возможно, угасание светила и разлёт планет не станет для него такой уж неразрешимой проблемой.
К слову, ранее Вести.Ru рассказывали об искусственном интеллекте, предсказывающем планетным системам жизнь или смерть. Писали мы и о том, что Солнечная система могла образоваться удивительно быстро.
Источник
Как умирает звезда
Звезда почти никогда не умирает бесследно, всегда остается остов, вот только что за остов решает размер и масса: черные дыры, пульсары, белые карлики, нейтронные звезды. Смерть звёзд с одной стороны это разрушительный процесс, с другой созидательный.
Звезда сама по себе это кузница химических элементов. Всё вокруг вас, все что вы сейчас видите и что не видите, было создано звёздами. Не сами предметы конечно, а то из чего они состоят- атомы. Даже мы сами — дети звёзд. Мы состоим из тех материалов которые произвела какая-то далекая и старая звезда во время своей грандиозной смерти. Вполне вероятно что атомы вашей левой и правой руки были произведены разными звёздами.
Признаки скорой смерти звезды
Каждая звезда во Вселенной — это огромный ядерный реактор по превращению одного элемента в другой. Мечта алхимиков древности, своеобразный философский камень. На заре своей жизни звезды генерируют свою силу превращая два атома водорода в гелий с выделением огромного количества энергии.
Термоядерный Синтез в звездах
Когда водород заканчивается, начинается производство углерода, затем кислорода и так вплоть до железа.
Производство железа, это сигнал о том, что смерть подобралась к звезде очень близко. Тяжелее железа звезда уже ничего не может произвести. Железо поглощает всю энергию ядерного синтеза звёзд. Она просто дожигает своё топливо, неминуемо приближаясь к своему закату. Так звезда подобная солнцу (звездочка среднего размера), больше не может сдерживать свои внешние слои и они начинают сбрасываться, отдаляясь от ядра, все больше раздувая солнце становясь красным гигантом.
Финальные стадии звёздной эволюции
Жизненный цикл звёзд зависит от их массы. Крупные звёзды интенсивнее сжигают своё топливо и сгорают за несколько десятков миллионов лет. Мелкие могут «тлеть» сотни миллиардов лет. Таким образом, в зависимости от массы звезды будет происходить и процесс ее смерти. На рисунке ниже представлены примеры эволюции звезд различной массы.
Рассмотрим более подробно, какие загадочные процессы происходят при окончаниижизненного цикла различных звезд.
Сверхмассивные звёзды
После того как звезда с массой большей, чем пять Солнечных масс, входит в стадию красного сверхгиганта, её ядро под действием сил гравитации начинает сжиматься. По мере сжатия растут температура и плотность, и начинается новая последовательность термоядерных реакций.
В результате самые большие и массивные звёзды сгорают быстро и взрываются сверхновыми.
Взрыв сверхновой звезды
В этой ослепительной вспышке сверхновой звезды выделяется в 100 раз больше энергии, чем даёт Солнце за всю свою жизнь. После взрыва сверхновой остаётся нейтронная звезда или чёрная дыра, а вокруг них — материя, выброшенная колоссальной энергией взрыва, которая после становится материалом для новых звёзд.
Из наших ближайших звёздных соседей такая судьба ждёт, например, Бетельгейзе, однако когда она взорвётся, подсчитать невозможно.
Процессы, протекающие при образовании сверхновой, до сих пор изучаются, и пока в этом вопросе нет ясности. Также под вопросом остаётся момент, что же на самом деле остаётся от изначальной звезды.
Бетельгейзе готовится к взрыву
В настоящее время для сверхмассивной звезды есть четыре варианта развития событий:
- Сверхновые низкой массы порождают нейтронную звезду и газ.
- Сверхновые более высокой массы порождают чёрную дыру и газ.
- Массивные звёзды в результате прямого коллапса порождают массивную чёрную дыру без всяких других остатков.
- После взрыва гиперновой остаётся один только газ.
Тем не менее, чаще всего рассматриваются два варианта: нейтронные звезды и чёрные дыры.
Нейтронные звезды
Дальше гравитация продолжает сжимать то, что осталось, но на определённом этапе ядерные силы останавливают сжатие и получается нейтронная звезда – пульсар.
Нейтронная звезда — это страшный физический феномен. Ядро взорвавшейся звезды сжимается — примерно так же, как газ в двигателе внутреннего сгорания, только в очень большом и эффективном: шар диаметром в сотни тысяч километров превращается в шарик от 10 до 20 километров в поперечнике. Сила сжатия так велика, что электроны падают на атомные ядра, образуя нейтроны — отсюда название. Для ее поверхности характерны сверхсильные магнитные поля и сверхсильная гравитация.
Что останется на месте остывшей нейтронной звезды, сказать сложно, а пронаблюдать — невозможно: мир слишком для этого слишком молод.
Черные дыры
Если же звезда была более, чем в 30 раз тяжелее Солнца, то после взрыва её, как сверхновой, гравитационный коллапс не останавливается – образуется чёрная дыра. Она имеет плотность такую, какую будет иметь Земля, если её сжать до диаметра 5 см. Поэтому сила гравитации чёрных дыр стремится к бесконечности. Такую силу притяжения не могут преодолеть даже частицы света со своими предельными скоростями. Поэтому чёрная дыра не отражает падающий на неё свет, она его поглощает. Отсюда такое название.
Учёные предполагают, что в чёрных дырах не действуют законы физики, перестаёт существовать пространство и время, но остаётся информация в виде голографических проекций. Край чёрной дыры – горизонт событий – это граница времени и пространства. Центр чёрной дыры – сингулярность – физическая неопределённость. Чёрная дыра поглощает звезды и туманности пока им хватает места. А потом выбрасывает мощный поток газа – квазар за пределы галактики.
Ширина квазара больше чем диаметр Солнечной системы. За границей галактики начинают формироваться новые звёзды и новые галактики.
Звёзды среднего размера
Другие, менее массивные звёзды (от 0,4 до 3,4 солнечных масс) дольше, чем самые большие, остаются на главной последовательности, зато, сойдя с неё, умирают гораздо быстрее, чем их нейтронные родственники.
Звезда подобная Солнцу— а это звездочка среднего размера, в конце существования больше не может сдерживать свои внешние слои и они начинают сбрасываться, отдаляясь от ядра, все больше раздувая солнце становясь красным гигантом. Изменения в величине излучаемой энергии заставляют звезду пройти через периоды нестабильности, включающие в себя изменения размера, температуры поверхности и выпуск энергии.
Гравитация же действует в обратном направлении, сжимая ядро, увеличивая его плотность. Расширяясь, звезда достигает огромных размеров.
В преддверии своей смерти наше Солнце поглотит Меркурий, Венеру, а потом и Землю. Восход во времена последних миллионов лет будет чем то невероятным. Солнце будет перекрывать весь горизонт испепеляя все на своем пути.
Судьба центральной части звезды полностью зависит от её исходной массы, — ядро звезды может закончить свою эволюцию как:
- белый карлик (маломассивные звёзды);
- нейтронная звезда (пульсар), если масса звезды на поздних стадиях эволюции превышает 1,38 — 1,44 масс Солнца;
- чёрная дыра, если масса звезды превышает 2,5 — 3 массы Солнца.
В момент когда топлива не останется даже для производства железа, звезда полностью скинет свои внешние слои, разнося элементы по вселенной. Ядро же сожмётся в безжизненный и очень плотный объект — белый карлик, размером с Землю. Получившийся объект будет обладать невероятной плотностью, в миллионы раз превышающий первоначальную.
Белый карлик в Туманности кошачий глаз
Подавляющему большинству звёзд, и Солнцу в том числе, придет конец, белый же карлик продолжит своё существование ещё миллиарды лет, заставляя планеты вращаться вокруг безжизненного остатка.
Белые карлики составляют сейчас от 3 до 10% звёздного населения Вселенной. Их температура очень велика — более 20 000 К, более чем втрое больше, чем температура поверхности Солнца — но всё-таки меньше, чем у нейтронных звёзд, и благодаря более низкой температуре и большей площади белые карлики остывают быстрее — за 10 14 — 10 15 лет. Это означает, что в ближайшие 10 триллионов лет — когда Вселенная станет в тысячу раз старше, чем сейчас, — во вселенной появится новый тип объекта: чёрный карлик, продукт остывания белого карлика.
Пока черных карликов в космосе нет. Даже самые старые остывающие звёзды на сегодняшний день потеряли максимум 0,2% своей энергии; для белого карлика с температурой в 20 000 К это означает остывание до 19 960 K.
Звёзды с малой массой
В настоящее время достоверно неизвестно, что происходит с лёгкими звёздами после истощения запаса водорода в их недрах. Поскольку возраст Вселенной составляет 13,7 миллиардов лет, что недостаточно для истощения запаса водородного топлива в таких звёздах, современные теории основываются на компьютерном моделировании процессов, происходящих в таких звёздах.
Звезда Проксима Центавра
Некоторые звёзды могут синтезировать гелий лишь в некоторых активных зонах, что вызывает их нестабильность и сильные звёздные ветры. В этом случае звезда просто постепенно испаряется.
Звезда с массой менее 0,5 солнечной не в состоянии преобразовывать гелий даже после того, как в её ядре прекратятся реакции с участием водорода, — масса такой звезды слишком мала для того, чтобы обеспечить процессы, необходимые для ее взрыва.
Примером такой звезды служит Проксима Центавра, срок пребывания которых на главной последовательности составляет от десятков миллиардов до десятков триллионов лет .
К звёздам, которым уготован этот путь, относят красные карлики. После прекращения в их ядрах термоядерных реакций, они, постепенно остывая, будут продолжать слабо излучать в инфракрасном и микроволновом диапазонах электромагнитного спектра.
Звезды просто так не исчезают…
Смерть звезд даёт строительный материал для Вселенной. Все химические элементы – золото, серебро, платина, железо и прочие образуются внутри умирающих звёзд и при их взрывах разлетаются в космос.
Первые звёзды были массивными (в несколько тысяч раз больше Солнца) и нестабильными. Они быстро рождались и быстро умирали, оставляя после себя космическую пыль богатую разными химическими элементами. Образовались они из космических туманностей, благодаря энергии Большого Взрыва.
В настоящее время, как и на более поздних этапах звёзды будут продолжать рождаться. Но толчком к этому будет служить взрыв другой сверхновой звезды. Его взрывная волна даёт импульс для взаимодействия частиц космической пыли, в результате чего они начинают двигаться и сцепляться, притягивая частицы и увеличиваясь в размерах.
Молодая звезда и её околозвездное пространство на начальном этапе это бушующая стихия с большим количеством хаотично вращающихся малых планет. Сталкиваясь между собой некоторые из них рассыпаются, а другие растут, поглощая остатки первых.
В результате таких столкновений у Меркурия, например, слетела его верхняя кора и осталось только ядро.
Спустя 500 миллионов лет число планет уменьшается, а их размер увеличивается.
Солнце относится к малым звёздам. Его гибель через 5 – 6 миллиардов лет будет проходить по первому сценарию. Сейчас во Вселенной 80% звёзд не крупнее чем Солнце.
Видео
Источник