Основные черты эволюции звезд

Следующая стадия эволюции Вселенной – Галактическая и звездная. Именно в звездах происходит синтез элементов после гелия.

Наиболее распространенным элементом Космоса является водород. В результате сгорания водорода в звездах образуется гелий. Превращение водорода в гелий является следствием термоядерных реакций, которые происходят в звездах главной последовательности. Это наиболее распространенный процесс в звездном мире.

¹²С + ⁴Не ® ¹⁶О;

¹⁶О + ⁴Не ® ²⁰Ne;

²⁰Ne + ⁴He ® ²⁴Mg

Превращение гелия в легкие элементы осуществляется путем термоядерных реакций гелия с углеродом ¹²С, который возник путем слияния трех ядер гелия. Таким образом, могут возникнуть ядра с массовым числом, кратным 4, наиболее распространенные среди легких элементов.

Далее процесс синтеза элементов в звездах происходит с участием a-частиц:

²⁰Ne+ 4a ® ¹⁶O

²⁴Mg+ 4a ® ²⁸Si

²⁸Si + 4a ® ³²S

³²S + 4a ® ³⁶Ar

При температурах порядка 3×10⁹ °К протекает равновесный e-процесс, в результате которого создается статистическое равновесие между присутствующими ядрами и элементарными частицами. При этом возникают элементы, прилежащие в таблице Менделеева к железу с наиболее прочной удельной ядерной связью. Именно этот процесс определил “железный” максимум на кривой космического распространения элементов[63].

s-процесс медленного (slow) нейтронного захвата стимулирует образование элементов до висмута ²⁰⁹Вi c порядковым номером до 83.

r-процесс (rapid) быстрого нейтронного захвата формирует элементы с порядковым номером больше 83, включая изотопы тория, урана, трансурановых элементов.

р-процесс приводит к образованию ядерных видов с повышенным содержанием протонов по сравнению с минимальным стабильным протонно-нейтронным соотношением. Протоны, необходимые для осуществления ядерных реакций протонного захвата, разгоняются до высоких скоростей в электромагнитных переменных полях звездных атмосфер. Реакции могут происходить при взрывах сверхновых, содержащих в оболочках много водорода.

х-процесс ответственен за образование легких и малораспространенных изотопов, построение которых нельзя объяснить другими вышеприведенными процессами нуклеосинтеза.

Синтез средних и тяжелых элементов совершался в массивных звездах. Прогресс в построении тяжелых элементов зависел от массы первоначальной звезды. Чем массивнее звезда, тем более высокую температуру она способна развивать в своих недрах, и тем вероятнее рождение в ее центральных частях все более тяжелых элементов.

Общий химический состав нашей Галактики определился при неоднократном взаимообмене рассеянного межзвездного вещества с самими звездами разных поколений, в установившемся огромном космическом круговороте вещества. В результате взрывов звезд первых поколений образовывались газово-пылевые комплексы следующих поколений. Возник грандиозный космический круговорот вещества.

Космический круговорот вещества в Галактике

Звезды рождаются с самыми разными массами. Первоначально они могут иметь несколько отличный химический состав (в зависимости от того, к какому поколению нртнадлежат), но неизменном остается преобладание водорода и гелия. Наиболее типичная эволюция звезды, характерная для большинства звезд нашей Галактики, заключается в длительной светимости, определяемой энерговыделением от ядерных реакций на стадии водородного сгорания. После него наступает гелиевое сгорание, и термоядерный процесс охватывает, в конце концов, всю группу “железного” максимума. После исчерпания источников ядерного горючего звезда под влиянием гравитационных сил сжимается и превращается в белого карлика.

Скорость эволюции звезд обратно пропорциональна их массам. Массивные звезды эволюционируют скорее, чем звезды малых масс. В данном случае под длительностью эволюции мы подразумеваем время, в течение которого звезда находится в определенном относительно стабильном состоянии, существенно не меняя своих параметров. Такими характеристиками обладают звезды Главной последовательности. В процессе своего рождения и развития разные звезды рано или поздно попадают на главную последовательность со стороны правого верхнего угла (красных гигантов) на диаграмме Герцшпрунга-Рессела и пребывают в ней наиболее долго, находясь в квазистационарном состоянии. Из Главной последовательности звезды (если их массы меньше солнечной) переходят в область белых карликов.