Народження блакитних гігантів: Нічого немає простішого, ніж зірка. - Артур Стенлі Еддінгтон

Зачіпаючи в бесідах з учнями тему походження зірок, філософ Сократ сказав: «Все це назавжди залишиться таємницею для смертного, і звичайно, самим богам сумно бачити прагнення людини розгадати те, що вони назавжди приховали від нього». Ці ж слова в середині XIX століття повторив у своєму трактаті «Популярна астрономія» Огюст Конт, додавши: «Навіть температура їх назавжди залишиться не визначена». Конт не дожив всього трьох років до відкриття спектрального аналізу, що дозволяє визначити температуру всього, що здатне випускати або поглинати світло.

Сьогодні ми знаємо про зірок набагато більше, ніж Конт або Сократ. Але якщо зараз навіть школяр у загальних рисах уявляє, що таке зірка, то питання «звідки беруться зірки» покрите мороком. Справді, звідки? Ця стаття якраз про те, як народжуються так звані блакитні гіганти - масивні зірки, які видно на небосхилі неозброєним оком.

Будівельний матеріал

Молоді зірки, тобто зірки віком від мільйона до кількох сотень мільйонів років, переважно складаються з водню. Водень - найбільш ходовий будівельний матеріал Всесвіту, молекулярна цеглинка, яка кладеться у фундамент найрізноманітніших об'єктів зоряного світу: від міжгалактичного газу до блакитних гігантів. Значить, для того щоб забезпечити народження зірки, потрібно запастися чималою кількістю водню. Але як же зібрати в одному місці велику масу цього будівельного матеріалу? Звідки він візьметься на безкрайніх просторах всесвіту?

Перший етап - міжзоряний газ

Простір між зірками зовсім не абсолютний вакуум, він заповнений атомами кальцію, натрію, кисню, вуглецю, досить складними молекулами, що утворюють пилинки, - але здебільшого все-таки воднем і гелієм. Це так званий міжзоряний газ, який заповнює всю нашу Галактику. Найбільша концентрація газу - біля її площини, в дуже тонкому шарі товщиною в 70 світлових років (а діаметр Галактики близько 60 тисяч світлових років). Отже, основа для зірки знайшлася. Надалі ми говоритимемо саме про нашу Галактику як про найближчу і найкраще вивчену область Всесвіту.

Другий етап - теплова нестійкість

Який же механізм перетворення газу на зірку? Якби тут був сер Максвелл, він сказав би, що однорідний газ буде перебувати в стані нестійкої теплової рівноваги, а значить, в ньому неминуче будуть з'являтися як щільні області (згущення), так і більш розріджені. Хоча область і називається щільною, ця назва досить умовна, оскільки газ у ній не такий вже й щільний: буквально кілька десятків атомів в одному кубічному сантиметрі. Згущення в газі називаються газовими хмарами, і ми спостерігаємо їх як туманності. Газові хмари рухаються, причому середня їх швидкість становить 8 км/с, а найбільш спритні розганяються до 80 км/с. І це не помилка! Величезна маса газу діаметром в кілька парсек (1пк = 3,26 св. років або 30 тисяч мільярдів кілометрів) несеться по набагато більш розрідженому середовищу зі швидкістю, що перевищує швидкість наших космічних кораблів. А оскільки в Галактиці дуже багато таких хмар, то в один прекрасний момент (в галактичних масштабах цей момент триває кілька тисяч років) одна газова хмара стикається з іншою. Ударна хвиля, що виникла від цього зіткнення, змушує газ у хмарах, що зіткнулися, сильно ущільнитися, даючи початок наступному етапу народження зірки.

Третій етап - магнітне поле

Газові хмари величезні, але тим не менш їх маси недостатньо для народження зірки. Речовини в них стільки ж, скільки в нашому Сонці, а потрібно - в кілька десятків, сотень разів більше. Що ж змушує міжзоряні хмари збиратися разом? Виявляється, це завдання виконують магнітні галактичні поля. Магнітне поле нашої Галактики було відкрито наприкінці сорокових років минулого століття. Причина виникнення цього поля досі точно не відома. Як і належить кожному поважаючому себе полю, воно має силові лінії, тобто лінії напруженості. Газові хмари можуть зазвичай рухатися тільки вздовж цих ліній. Щоб зрозуміти, як же купкуються міжзоряні хмари, уявімо собі магнітне поле у вигляді слабо натягнутого простирадла. Ось ми пускаємо по цій простирадлі маленький м'ячик від пінг-понгу (це наша газопилова хмара): під м'ячиком простирадло виявляється прогнутою сильніше, з'являється ямка - прогинаються силові лінії. У ямку починають скочуватися інші м'ячі (хмари), роблячи її все глибше і глибше. Таке явище називається нестійкістю Релея-Джинса. Тобто достатньо будь-якої початкової неоднорідності в магнітному полі, наприклад, хмари, яка влетіла в цю неоднорідність, - і готова: високо над (або під) площиною галактики висить мішок із зібраним газом - газово-пиловий комплекс.

Четвертий етап - гравітація

Отже, водню (і навіть не тільки його) тепер у надлишку. Далі в дію вступають механізми, описані теорією зіроутворення. Основи її заклав сер Ісаак Ньютон, а подальший розвиток теорія отримала працями японського астрофізика Хаяші. Якщо у нас є однорідний газ, то в ньому неминуче починають утворюватися згущення: місця, в яких газу більше, ніж в інших. Але це вже не теплова нестійкість, як у випадку з міжзоряним газом, а гравітаційна. Під дією гравітації до цих початкових згусток спрямовуються все нові і нові порції газу. Кожен згусток - це майбутня зірка. Згусток, що сильно збільшився, приймає форму кулі, найсталішу геометричну форму. Газові шари перемішуються і ущільнюються, в центрі кулі починає зростати тиск. Куля поступово нагрівається, постійно збільшуючи свою масу, отримуючи і отримуючи новий будівельний матеріал. На цьому етапі протозірка ще невидима, її затуляють присутні навколо і дуже ущільнені хмари. До речі, розгледіти такі об'єкти стало можливим тільки з появою телескопів, що працюють в інфрачервоних діапазонах. Але крім сил гравітації тепер починають проявлятися й інші сили - сили тиску газу, які прагнуть розтягнути кулю в різні боки. Ця вічна боротьба сил відцентрових з силами центростремчими супроводжує зірку протягом усього часу її існування. Якщо зрештою переможуть перші, зірка вибухне, і ми побачимо спалах Наднової. Якщо другі (сили гравітації) - зірка зійде сама в себе: з'явиться такий загадковий об'єкт, як чорна діра.

П'ятий етап - початок термоядерної реакції

Чому зірка світиться? Справа в тому, що зірка - це термоядерний реактор, в якому звільняється енергія, що йде на випромінювання зірки і утримує її від перетворення в чорну діру, від гравітаційного колапсу.

Але для початку термоядерної реакції потрібна дуже висока температура - 10 мільйонів градусів. І тільки після того як протозірка перейде на термоядерне паливо, вона зможе називатися молодою зіркою. З яких же джерел взяти енергію для такого колосального розігріву? Адже мова йде про гігантську масу газу, в кілька десятків разів більше маси нашого Сонця!

<"