Презентация "Звёзды и их судьбы" (9 класс) по физике – проект, доклад

Звёзды и их судьбы

Автор: Жиркова Варвара, учащаяся школы №1 9А класса

Рождение звезды

Звезды рождаются в галактиках из межзвездного вещества, неравномерно распределенного в пространстве, состоящего из газа и пыли, пронизанного излучениями и слабым магнитным полем. Часть этого вещества собрана в облака, в самых плотных областях которых идет процесс звездообразования. Газово-пылевые облака неоднородны. В них образуются сгустки, которые со временем под действием гравитации начинают сжиматься. В процессе сжатия возникает вращение вещества, и вокруг центральной части формируется газово-пылевой диск. Падение вещества к центру конденсации (сжатие) приводит к столкновениям между частицами и их разогреву при переходе кинетической энергии в тепловую. Идет формирование протозвезды. Когда температура в центральной области достигает нескольких миллионов градусов, начинаются термоядерные реакции превращения водорода в гелий, сжатие прекращается, и протозвезда становится звездой. У протозвезды солнечной массы процесс медленного сжатия продолжается около 50 млн. лет.

Гиганты и карлики

Не секрет, что небесные светила могут быть самого разного размера. Крупнейшая из известных звезд находится в созвездии южного полушария Щит, ее радиус превосходит радиус Солнца более чем в 1700 раз. Особенно хорошо ее видно в июле по всей территории России. Но даже такой гигант будет для наблюдателей не более чем просто переливающейся точкой. Иногда в небесах можно увидеть не просто мигающие точки, а переливающиеся определенными цветами. Так можно увидеть и красную точку, а через секунду зажигается желтая или белая. Почему звезды мерцают разными цветами, создавая эффект новогодней гирлянды?

Красные карлики

Красные карлики – это небольшие по размерам и относительно холодные звезды. Масса красных карликов не превышает трети солнечной массы. Нижний предел их массы, как правило, ограничен примерно 80 массами Юпитера. Ниже по этому показателю стоят только лишь несостоявшиеся звезды – коричневые карлики. Как уже отмечалось, красные карлики довольно холодны, температура их фотосферы достигает примерно 3500 К, что немногим превышает температуру накаливания спирали бытовой осветительной лампы. Естественно, что звезды этого класса испускают очень мало света, порой этот показатель в 10 000 раз уступает светимости нашего Солнца.

Эволюция красных карликов интересна тем, что изложена только лишь теоретически. Дело все в том, что скорость горения водорода в термоядерных реакциях, протекающих в недрах красных карликов, чрезвычайно низкая. Запасов этого топлива звезде данного класса может хватить на несколько десятков триллионов лет. В виду невозможности реакций с участием гелия превращение красного карлика в красный гигант невозможно. А раз так, то теоретиками ему уготована другая судьба — подобные звезды должны на конечных стадиях своей эволюции сжиматься и разогреваться. Израсходовав весь свой водород, они должны сначала превращаться в так называемые голубые карлики, а потом — в карлики, но уже белые с гелиевым ядром.

Почему это все теория? Да потому, что с момента Большого взрыва прошло намного меньше времени, чем необходимо для полной эволюции красного карлика. Именно поэтому астрофизики называют красные карлики «вечными звездами».

Жёлтые карлики

Желтые карлики – это, как правило, звезды средней массы, светимости и температуры поверхности. Они являются звездами основной последовательности, располагаясь примерно в середине на диаграмме Герцшпрунга — Рассела и следуя за более холодными и менее массивными красными карликами.

Масса желтых карликов лежит зачастую в пределах от 0,8 до 1,2 массы Солнца. При этом температура их поверхности составляет в своем большинстве от 5 до 6 тысяч градусов по Кельвину. Наиболее ярким и известным нам представителем из числа желтых карликов является наше Солнце.

Эволюция желтых карликов весьма интересна. Продолжительность жизни желтого карлика составляет примерно 10 миллиардов лет. Как и большинства звезд в их недрах протекают интенсивные термоядерные реакции, в которых в основном водород перегорает в гелий. После начала реакций с участием гелия в ядре звезды водородные реакции перемещаются все больше к поверхности. Это и становится отправной точкой в преобразовании желтого карлика в красный гигант.

Голубые гиганты

Голубые звезды – это, как правило, молодые и горячие гиганты, расположенные в рукавах и на окраинах галактик, в звездных скоплениях и зонах активного звездообразования.

Массы голубых гигантов, по нашим представлениям, огромны. Они, как правило, составляют от 10 до 20 масс Солнца, а иногда достигают и 50-60 солнечных масс. Температуры фотосфер таких звезд могут доходить до значений в 50-60 тысяч градусов по Кельвину, что делает их самыми горячими объектами во Вселенной.

Огромная температура голубых гигантов достигается за счет интенсивно протекающих в их недрах водородных термоядерных реакций. Вследствие этого, такие звезды, в прямом смысле этого слова, сгорают очень быстро. За период от 6 до 10 миллионов лет такие звезды расходуют полностью свои запасы водорода и сходят с основной последовательности.

Красные гиганты

Красный гигант — это конечный этап эволюции звезды. Звезда становится красным гигантом, когда в ее центре весь водород превращается в гелий, а термоядерное горение водорода продолжается на периферии гелиевого ядра. Таким образом, все красные гиганты имеют похожее строение: горячее плотное ядро и очень разреженную и протяженную оболочку. Это ведет к росту светимости, расширению внешних слоев и снижению температуры на поверхности. А также к интенсивному звездному ветру — истечению вещества из светила в межзвездное пространство.

Дальнейшая судьба красного гиганта зависит от массы. Если масса низкая, то звезда трансформируется в белого карлика, если высокая — превратится в нейтронную звезду или черную дыру.

Белые карлики

Звезда-карлик — это полная противоположность звезде-гиганту. Перед нами проэволюционировавшее светило, масса которого сравнима с массой Солнца. При этом радиус белых карликов примерно в 100 раз меньше радиуса нашего светила. «Рождаются» они, когда красные гиганты «сбрасывают» свою оболочку, которая в виде планетарной туманности рассеивается в межзвездном пространстве. Оставшееся холодное и почти не излучающее гелиевое ядро и называют белым карликом. Белые карлики занимают 3–10% звездного населения нашей Галактики, но из-за малой светимости выявить их очень тяжело.

По мере дальнейшей эволюции белый карлик охлаждается еще сильнее, и его цвет меняется с белого на красный. Конечная стадия эволюции такого объекта — остывший черный карлик. Другой вариант — накопление на поверхности белого карлика вещества, «перетекающего» с другой звезды, сжатие и последующий взрыв новой или сверхновой.

Нейтронные звёзды

Нейтронная звезда состоит, в основном, из нейтронов — тяжелых элементарных частиц, не имеющих электрического заряда. Как уже говорилось, причиной их образования является гравитационный коллапс нормальных звезд. За счет притяжения начинается стягивание звездных масс к центру до тех пор, пока они не становятся невероятно сжатыми. В результате этого нейтроны как бы упаковываются. Такой объект имеет тонкую атмосферу из горячей плазмы, внешнюю кору из ионов и электронов, внутреннюю кору из электронов и свободных нейтронов, а также внешнее и внутреннее ядра из плотно упакованных нейтронов. Многие нейтронные звезды очень быстро вращаются — до сотен оборотов в секунду.

Нейтронная звезда невелика — обычно ее радиус не превышает 20 км. При этом масса большинства таких объектов составляет 1,3–1,5 солнечных (теория допускает существование нейтронных звезд с массой даже 2,5 массы Солнца). Плотность нейтронной звезды настолько велика, что одна чайная ложка ее вещества весит миллиарды тонн.

Чёрные дыры

Вне всякого сомнения, это один из самых загадочных объектов Вселенной. О черных дырах написано много, но природа их до сих пор скрыта от нас. Вторая космическая скорость (скорость, необходимая для преодоления гравитации небесного тела и покидания орбиты вокруг него) для них превосходит скорость света! Ничто не способно избежать гравитации черной дыры. Она настолько огромна, что практически останавливает ход времени.

Черная дыра образуется из массивной звезды, которая израсходовала свое топливо. Звезда, схлопывающаяся под собственной тяжестью и увлекающая за собой пространственно-временной континуум вокруг. Гравитационное поле становится настолько сильным, что даже свет больше не может из него вырваться. В результате область, в которой ранее находилась звезда, становится черной дырой. Иными словами, черная дыра — это искривленный участок Вселенной. Он всасывает в себя материю, расположенную рядом. Считается, что первый ключ к пониманию черных дыр — теория относительности Эйнштейна.

Спасибо за внимание.