Строение, происхождение и эволюция галактик и звезд

они намного больше и  ярче. Поэтому их помещают над звездами основного

состояния на диаграмме Герцшпрунга – Рассела. Масса этих монстров обычно

примерно равна солнечной, однако, если бы одно из них заняло место нашего

светила, его оболочка захватила бы внутренние планеты Солнечной системы.

В действительности большинство из них имеет оранжевый цвет, но звезда  R

Зайца настолько красна, что некоторые сравнивают ее с каплей крови». (1)

                    2.3. ЗВЕЗДЫ – СВЕРХГИГАНТЫ                   

«Сверхгиганты – наибольшие по размерам звезды, радиус которых в 30 – 2500 раз

превышает радиус Солнца». (7)

«Сверхгиганты располагаются вдоль вершины диаграммы Герцшпрунга – Рассела.

Бетельгейзе в плече Ориона имеет в поперечнике почти 600 миллионов миль (1

000 млн. км). Другой наиболее яркий  светоч Ориона – Ригель, голубой

сверхгигант, одна из самых ярких звезд, видимых невооруженным глазом. Будучи

чуть ли не в десять раз меньше Бетельгейза, Ригель все же почти в сто раз

превосходит Солнце своим размером». (1)

                3.           «НЕБЕСНЫЕ МОГИЛЬНИКИ»               

«Продолжительность жизни звезды во многом зависит от ее массы, так же как и

судьба, которая ее ждет – белого карлика, нейтронной звезды или же черной

дыры». (1)

                   3.1.        СВЕРХНОВЫЕ ЗВЕЗДЫ                  

«Сверхновые звезды – это переменные звезды, светимость которых внезапно

увеличивается в сотни миллионов раз, а затем медленно спадает. Во время вспышек

сверхновая звезда значительно ярче новых звезд, которых они напоминают

по характеру изменения блеска.

Вспышка сверхновой звезды наблюдается весьма редко: в отдельных галактиках в

среднем не чаще чем один раз в 200-300 лет. Вспышки сверхновых в нашей

Галактической системе после изобретения телескопа (начало 17 в.) не

наблюдались. Однако установлено, что ряд вспышек, отмеченных в древних

летописях, преимущественно китайских, принадлежит сверхновым звездам. В ряде

мест небесной сферы, где, согласно летописям, наблюдались вспышки в настоящее

время видны своеобразные светящиеся туманности, представляющие собой

несомненно продукт вспышек сверхновых звезд. Из таких объектов лучше всего

изучена Крабовидная туманность в созвездии Тельца, видимая в том месте, где,

согласно летописям, в 1054 наблюдалась вспышка звезды, являвшейся, как

установлено, сверхновой.

Крабовидная туманность представляет собой один из наиболее мощных источников

радиоизлучения. Источниками радиоизлучения являются и другие туманности,

видимые на месте сверхновых звезд, вспыхивавших в нашей Галактической

системе; интенсивность радиоизлучения, повидимому, тем больше, чем ярче была

сверхновая звезда в максимуме блеска. Причины вспышек сверхновых выяснены

недостаточно. Однако несомненно, что в процессе такой вспышки внутреннее

строение звезды претерпевает существенные изменения; при этом звезда теряет

огромную энергию». (7)

«Чтобы звезда могла взорваться в качестве сверхновой, ее масса должна, по

крайней мере, в десять раз превышать массу солнца. Она превращается в красного

сверхгиганта, образуя тяжелые элементы типа железа внутри своего ядерного

реактора, оставляя некоторую часть их в дальних слоях оболочки. С потерей

значительной части массы звезда постепенно утрачивает способность

сопротивляться безжалостной силе гравитации. Буквально за долю секунды ядро

взрывается, разрывая звезду на куски. Расширяющееся облако материи, которое

образует тело звезды соединяется с соседним межзвездным веществом, образуя

остатки сверхновой           (рис. 4, 5)». (1)

             3.2.        НЕЙТРОННЫЕ ЗВЕЗДЫ И ПУЛЬСАРЫ            

«Остатки взорвавшегося ядра известны под названием нейтронной звезды.

Нейтронные звезды вращаются очень быстро, испуская световые и радиоволны,

которые, проходя мимо Земли, кажутся светом космического маяка.

Колебания яркости этих волн навело астрономов на мысль назвать такие звезды

пульсарами. Самые быстрые пульсары вращаются со скоростью, почти равной 1000

оборотов в секунду».  (1)

«К настоящему времени их открыто уже более двухсот. Регистрируя излучение

пульсаров на различных, но близких частотах, удалось по запаздыванию сигнала

на большей длине волны (при предположении о некоторой плотности плазмы в

межзвездной среде) определить расстояние до них. Оказалось, что все пульсары

находятся на расстояниях от 100 до 25 000 световых лет, т. е. принадлежат

нашей Галактике, группируясь вблизи плоскости Млечного Пути (рис. 7)».  (2)

                      3.3.        ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ                     

«Если масса звезды в два раза превышает солнечную, то к концу своей жизни звезда

может взорваться как сверхновая, но если масса вещества, оставшегося

после взрыва, всё еще превосходит две солнечные, то звезда должна сжаться в

плотное крошечное тело, так как гравитационные силы всецело подавляют всякое

сопротивление сжатию. Учёные полагают, что именно в этот момент

катастрофический гравитационный коллапс приводит к возникновению черной дыры.

Они считают, что с окончанием термоядерных реакций звезда уже не может

находиться в устойчивом состоянии. Тогда для массивной звезды остаётся один

неизбежный путь: путь всеобщего и полного сжатия (коллапса),

превращающего её в невидимую чёрную дыру.

В 1939 году Р. Оппенгеймер и его аспирант Снайдер в Калифорнийском университете

(Беркли) занимались выяснением окончательной  судьбы большой массы холодного

вещества. Одним из наиболее впечатляющих следствий общей теории

относительности Эйнштейна оказалось следующее: когда большая масса начинает

коллапсировать, этот процесс не может быть остановлен и масса сжимается в

чёрную дыру. Если, например, не вращающаяся симметричная звезда начинает

сжиматься до критического размера, известного как гравитационный радиус, или

радиус Шварцшильда (назван так в честь Карла Шварцшильда, который первым указал

на его существование). Если звезда достигает этого радиуса, то уже не что не

может воспрепятствовать ей завершить коллапс, то есть буквально замкнуться в

себе.

     Каковы же физические свойства «чёрных дыр» и как учёные предполагают

обнаружить эти объекты? Многие учёные раздумывали над этими вопросами;

получены кое-какие ответы, которые способны помочь в поиска таких объектов.

Само название – чёрные дыры – говорит о том, что это класс объектов,

которые нельзя увидеть. Их гравитационное поле настолько сильно, что если бы

каким-то путём удалось оказаться вблизи чёрной дыры и направить в сторону от её

поверхности луч самого мощного прожектора, то увидеть этот прожектор было бы

нельзя даже с расстояния, не превышающее расстояние от Земли до Солнца.

Действительно, даже если бы мы смогли сконцентрировать весь свет Солнца в этом

мощном прожекторе, мы не увидели бы его, так как свет не смог бы преодолеть

воздействие на него гравитационного поля чёрной дыры и покинуть её поверхность.

Именно поэтому такая поверхность называется абсолютным горизонтом событий. Она

представляет собой границу чёрной дыры.

Учёные отмечают, что эти необычные объекты нелегко понять, оставаясь в рамках

закона тяготения Ньютона. Вблизи поверхности чёрной дыры гравитация столь

сильна, что привычные ньютоновские законы здесь перестают действовать. Их

следует заменить законами общей теории относительности Эйнштейна. Согласно

одному из трёх следствий теории Эйнштейна, покидая массивное тело, свет

должен испытывать красное смещение, так как он теряет энергию на преодоление

гравитационного поля звёзды. Излучение, приходящее от плотной звезды, подобной

белому карлику – спутнику Сириуса А, - лишь слегка смещается в красную область

спектра. Чем плотнее звезда, тем больше это смещение, так что от сверхплотной

звезды совсем не будет приходить излучения в видимой области спектра. Но если

гравитационное действие звезды увеличивается в результате её сжатия, то силы

тяготения оказываются настолько велики, что свет вообще не может покинуть

звезду. Таким образом, для любого наблюдателя возможность увидеть черную

дыру полностью исключена! Но тогда естественно возникает вопрос: если она

не видима, то, как же мы можем её обнаружить? Чтобы ответить на этот

вопрос учёные прибегают к искусным уловкам. Руффини и Уиллер досконально

изучили эту проблему и предложили несколько способов пусть не увидеть, но хотя

бы обнаружить чёрную дыру. Начнём с того, что, когда чёрная дыра рождается в

процессе гравитационного коллапса, она должна излучать гравитационные волны,

которые могли бы пересекать пространство со скорость света и на короткое время

искажать геометрию пространства вблизи Земли. Это искажение проявилось бы в

виде гравитационных волн, действующих одновременно на одинаковые инструменты,

установленные наземной поверхности на значительном расстоянии друг от друга.

Гравитационное излучение могло бы приходить от звёзд, испытывающих

гравитационный коллапс. Если в течение обычной жизни звезда вращалась, то,

сжимаясь и становясь всё меньше и меньше, она будет вращаться всё быстрее,

сохраняя свой момент количества движения.  Наконец она может достигнуть такой

стадии, когда скорость движения на её экваторе приблизится к скорости света, то

есть к предельно возможной скорости. В этом случае звезда оказалась бы сильно

деформированной и могла бы выбросить часть вещества. При такой деформации

энергия могла бы уходить от звезды в виде гравитационных волн  с частотой

порядка тысячи колебаний в секунду (1000 Гц).

Роджер Пенроуз, профессор математики Биркбекского колледжа Лондонского

университета, рассмотрел любопытный случай коллапса и образования чёрной дыры.

Он допускает, что чёрная дыра исчезает, а затем проявляется в другое время в

какой-то иной вселенной. Кроме того, он утверждает, что рождение чёрной дыры во

время гравитационного коллапса является важным указанием на то, что с

геометрией пространства-времени происходит нечто необычное. Исследования

Пенроуза показывают, что коллапс заканчивается образованием

сингулярности (от лат. singularius – отдельный, одиночный)

, то есть он должен продолжаться  до нулевых размеров и бесконечной  плотности

объекта. Последнее условие даёт возможность другой вселенной приблизиться  к

нашей сингулярности, и не исключено, что сингулярность перейдёт в эту новую

вселенную. Она даже может появиться в каком либо другом месте нашей собственной

Вселенной.

Некоторые учёные рассматривают образование чёрной дыры как маленькую модель

того, что, согласно предсказаниям общей теории относительности, в конечном

счёте, может случиться с Вселенной. Общепризнано, что мы можем в неизменно

расширяющейся Вселенной, и один из наиболее важных и насущных вопросов науки

касается природы Вселенной, её прошлого и будущего. Без сомнения, все

современные результаты наблюдений указывают на расширение Вселенной. Однако

на сегодня один из самых каверзных вопросов таков: замедляется ли скорость

этого расширения, и если да, то не сожмётся ли Вселенная через десятки

миллиардов лет, образуя сингулярность. По-видимому, когда-нибудь мы сможем

выяснить, по какому пути следует Вселенная, но, быть может, много раньше,

изучая информацию, которая просачивается при рождении чёрных дыр, и те

физические законы, которые управляют их судьбой, мы сможем предсказать

окончательную судьбу Вселенной (рис. 8)».  (1)

              4.                   «ЗВЕЗДНЫЕ СОСЕДИ»             

                         (двойные звезды)                        

Одинокие звезды типа нашего Солнца составляют меньшинство: более половины

звезд имеют, по крайней мере, одного соседа в космосе и носят название

двойных.

«Двойные звезды – это звезды, близкие одна к другой и составляющие физические

системы. Компоненты двойных звезд связаны силами взаимного тяготения,

обращаются по эллиптическим орбитам вокруг общего центра масс и совместно

движутся в просторах Галактики. Многие звезды, видимые невооруженным глазом или

при слабом увеличение в телескоп одинарными, при наблюдении с более мощным

инструментом раздваиваются, а в некоторых случаях оказываются состоящими из

трех или даже большего числа составляющих (компонентов). Такие звезды

называются визуально-двойными или кратными (тройными, четверными и т.

д.) звездами. Более яркая составляющая двойных звезд обычно называется

главной звездой, а более слабая – спутником.

Во второй половине 17 в., после открытия с помощью телескопа первых двойных

звезд, считали, что составляющие находятся на совершенно разных расстояниях

от нас и лишь случайно располагаются близ одного луча зрения. Такие

«оптические» двойные звезды действительно существуют, хотя и представляют

исключение. Двойные звезды с течением длительного времени разойдутся на

значительные угловые расстояния и перестанут составлять двойные звезды.

Помимо визуальных двойных звезд, существуют спектрально-двойные звезды,

обнаруживаемые только по периодическим смещениям или раздвоениям спектральных

линий; их не удается разделить на отдельные компоненты даже в самые большие

телескопы. Существует многочисленный класс  двойных звезд, обнаруживаемых

только по периодическим изменениям блеска, – фотометрические или