Гравітаційного колапсу


швидке стиснення і розпад міжзоряного хмари або зірки під дією власної сили тяжіння. Гравітаційний колапс - дуже важливе астрофізичної явище; він бере участь як у формуванні зірок, зоряних скупчень і галактик, так і в загибелі деяких з них. У міжзоряному просторі існує безліч хмар, що складаються в основному з водню щільністю ок. 1000 ат / см3, розміром від 10 до 100 св. років. Їх структура і, зокрема, щільність безперервно змінюються під дією взаємних сутичок, нагрівання зоряним випромінюванням, тиску магнітних полів і т. Д. Коли щільність хмари або його частини стає настільки великою, що гравітація перевершує газовий тиск, хмара починає нестримно стискуватися - воно коллапсирует . Невеликі початкові неоднорідності щільності в процесі колапсу посилюються; в результаті хмара фрагментірует, т. е. розпадається на частини, кожна з яких продовжує стискатися. Взагалі кажучи, при стисненні газу зростають його температура і тиск, що може перешкоджати подальшому стисненню. Але поки хмара прозоро для інфрачервоного випромінювання, воно легко остигає, і стиск не припиняється. Однак у міру наростання щільності окремих фрагментів їх охолодження уповільнюється, і зростаючий тиск зупиняє колапс - так утворюється зірка, а вся сукупність перетворилися в зірки фрагментів хмари утворює зоряне скупчення.Колапс хмари в зірку або в зоряне скупчення триває близько мільйона років - порівняно швидко по космічних масштабах. Після цього термоядерні реакції, що відбуваються в надрах зірки, підтримують температуру і тиск, що перешкоджає стисненню. В ході цих реакцій легкі хімічні елементи перетворюються в більш важкі з виділенням величезної енергії (подібне відбувається під час вибуху водневої бомби). Виділилася енергія залишає зірку у вигляді випромінювання. Масивні зірки випромінюють дуже інтенсивно і спалюють своє "пальне" всього за кілька десятків мільйонів років. Зіркам малої маси вистачає їх запасу палива на багато мільярдів років повільного горіння. Рано чи пізно у будь-якої зірки паливо закінчується, термоядерні реакції в ядрі припиняються і, позбавлена ​​джерела тепла, вона залишається в повній владі власної гравітації, невблаганно веде зірку до загибелі.
Колапс зірок малої маси. Якщо після втрати оболонки залишок зірки має масу менше 1, 2 сонячної, то його гравітаційний колапс не входить занадто далеко: навіть позбавлена ​​джерел тепла стискає зірка отримує нову можливість опиратися гравітації. При високій щільності речовини електрони починають інтенсивно відштовхуватися один від одного; це пов'язано не з їх електричним зарядом, а з їх квантово-механічними властивостями. Що виникає при цьому тиск залежить тільки від щільності речовини і не залежить від його температури. Така властивість електронів фізики називають виродженням. У зірок малої маси тиск виродженого речовини здатне чинити опір гравітації. Стиснення зірки зупиняється, коли вона стає розміром приблизно з Землю.Такі зірки називають білими карликами, оскільки світять вони слабо, але мають відразу після стиснення досить гарячу (білу) поверхню. Однак температура білого карлика поступово знижується, і через кілька мільярдів років таку зірку вже важко помітити: вона стає холодним невидимим тілом.
Колапс масивних зірок. Якщо маса зірки більше 1, 2 сонячної, то тиск вироджених електронів не в змозі чинити опір гравітації, і зірка не може стати білим карликом. Її нестримний колапс триває, поки речовина не досягне щільності, порівнянної з щільністю атомних ядер (приблизно 3 * 10 14 г / см3). При цьому велика частина речовини перетворюється в нейтрони, які, подібно до електронів в білому карлику, стають виродженими. Тиск виродженого нейтронного речовини може зупинити стиснення зірки, якщо її маса не перевищує приблизно 2 сонячні. Новоутворена нейтронна зірка має діаметр всього бл. 20 км. Коли стрімке стиснення нейтронної зірки різко зупиняється, вся кінетична енергія переходить в тепло і температура піднімається до сотень мільярдів кельвінів. В результаті відбувається гігантська спалах зірки, її зовнішні шари з великою швидкістю викидаються назовні, а світність зростає в кілька мільярдів разів. Астрономи називають це "вибухом наднової". Приблизно через рік яскравість продуктів вибуху зменшується, викинутий газ поступово охолоджується, перемішується з міжзоряним газом і в наступні епохи входить до складу зірок нових поколінь. Виникла в ході колапсу нейтронна зірка в перші мільйони років швидко обертається і спостерігається як змінний випромінювач - пульсар.Якщо ж маса колапсуючої зірки значно перевищує 2 сонячні, то стиск не зупиняється на стадії нейтронної зірки, а триває до тих пір, поки її радіус не зменшиться до декількох кілометрів. Тоді сила тяжіння на поверхні зростає настільки, що навіть промінь світла не може покинути зірку. Зіщулена до такої міри зірку називають чорною дірою. Такий астрономічний об'єкт можна вивчати тільки теоретично, використовуючи загальну теорію відносності Ейнштейна. Розрахунки показують, що стиснення невидимою чорної діри триває, поки речовина не досягне нескінченно великої щільності.
Див. також ПУЛЬСАР; ЧОРНА ДІРА.
ЛІТЕРАТУРА
Шкловський І. С., Зірки: їх народження, життя і смерть. М., 1984

Енциклопедія Кольєра. - Відкрите суспільство. 2000.