История астрономии. Развитие эволюционной картины звездной Вселенной

Подобно тому, как в XVII в. рывок в развитии теоретической механики привел к созданию механики неба и к построению новой, гравитационной механической картины Вселенной, успехи в термодинамике, теории излучения, спектроскопии уже во второй половине XIX в. дали стимул к изучению физики небесных тел, или астрофизики. Складывался новый аспект астрономической, точнее, астрофизической картины мира — общие представления о составе, состоянии, строении и даже развитии звезд. Американскому астрофизику Генри Норрису Ресселу (1877—1957) и голландскому астроному Эйнару Герцшпрунгу (1873—1967) принадлежит установление первой фундаментальной закономерности в физике звезд: определяющей роли температур звездных атмосфер в характере их спектров. Рессел провел в 1905—1912 гг. грандиозную работу по сравнению спектра (т. е. цвета) и светимости у звезд различных спектральных классов (начатую Герцшпрунгом).

Практически все звезды выстроились на диаграмме «спектр (температура, цвет) — светимость» в две широкие полосы. Одна соединяла ярчайшие голубые горячие звезды с наиболее слабыми (красными, т. е. холодными) — «главная последовательность». Вторая полоса соединяла звезды близкие по светимости, но различные по спектру — от голубых до красных («ветвь гигантов»). Эта знаменитая диаграмма Герцшпрунга — Рессела отражает фундаментальные физические закономерности строения и развития звезд. По теории английского астрофизика Н. Локьера, созданной в конце XIX в. и развивавшей более ранние исследования американского теоретика Г. Лэна, звезда в первую половину своей жизни, будучи близкой к идеальному газу, сжимается и излучает, разогреваясь, а во вторую — с увеличением плотности, теряет свойства идеального газа, и, продолжая сжиматься, остывает. Диаграмма «спектр — светимость» поразила Рессела замечательным совпадением предсказаний теории с данными наблюдений. Верхняя, горизонтальная ветвь гигантов, протянувшаяся от холодных звезд через желтые и белые к голубым (справа налево) как бы вела исследователя по первой половине жизненного пути звезды. Вторая ветвь — главная последовательность — от горячих звезд огромной светимости (левый верхний угол диаграммы) вниз и направо — к холодным красным карликам, прослеживала, казалось, с предельной убедительностью дальнейший путь развития уже достаточно уплотнившейся звезды, не подчиняющейся теперь законам идеального газа и остывающей при сжатии. Увы! Несмотря на всю свою стройность и даже совпадение с наблюдениями, теория, опиравшаяся на недостаточное количество фактов, уже вскоре была разрушена новыми фактами. Вещество звезд главной последовательности также оказывалось близким к состоянию идеального газа... Спустя несколько лет Рессел, наряду с Джинсом и Эддингтоном, также пришел к убеждению о существовании у звезд какого-то более мощного (чем разогрев при сжатии), видимо, внутриатомного источника энергии. Рессел и Эддингтон правильно указали на необходимость некоторой критической температуры для рождения звезды. Лишь по достижении ее внутри газового диска, считали они, начинает действовать мощный источник энергии, превращая протозвезду в звезду и обеспечивая ее излучение на протяжении миллионов и миллиардов лет. По современным представлениям, таким источником являются ядерные реакции превращения, прежде всего, водорода в гелий (азотно-углеродный цикл Г. Бете). Однако сами Рессел и Эддингтон предпочли, как и Джинс, идею аннигиляции вещества, что не подтвердилось впоследствии. Эволюционное истолкование диаграммы Герцшпрунга — Рессела сохраняется и в современной астрофизике, но не в первоначальном упрощенном понимании ее.

Картина эволюции звезды представляется ныне намного сложнее. Главная идея здесь состоит в том, что сформировавшаяся в виде достаточно плотного газово-пылевого шара, в недрах которого начал действовать «ядерный реактор», новорожденная звезда оказывается по своим характеристикам уже принадлежащей главной последовательности (конкретное место ее зависит от первоначальной массы и химического состава). Здесь она проводит большую часть своей жизни — миллионы или даже миллиарды лет, устойчиво излучая за счет «выгорания» водорода, превращающегося в гелий. За это время звезда описывает сложные кривые вблизи главной последовательности и лини, в конце жизни удаляется от нее, превращаясь, в зависимости от начальной массы, в красного гиганта, а затем в одну из сверхплотных звезд: от белого карлика до нейтронной звезды или даже черной дыры.

Главная страница раздела