Kde se rodí hvězdy?

Poslouchej, protože když se rozsvítí hvězdy,
znamená to, že to někdo potřebuje.

Vladimir Mayakovsky

Štěstí!
Probleskoval v místech
kompletní plamenomet,
atomy se zbláznily
rozsvíceno
vodík.

Semjon Kirsanov

HYPOTÉZY A TEORIE VZNIKU HVĚZD

Myšlenka zrození hvězd v důsledku vírového pohybu éteru, jak již bylo zmíněno, patří starověkým atomistům (Epicure a případně i dalším) a v západoevropské kultuře ji poprvé vyjádřil Rene Descartes. Po objevu univerzální gravitace se důvod hromadění hvězd začal projevovat právě v gravitaci mezi částicemi řídké hmoty. Tuto myšlenku poprvé vyjádřil kněz Richard Bentley (1662-1742) v dopise Newtonovi a Newton s ním souhlasil a poukázal na to, že vesmír omezené velikosti by se zhroutil do jediné hrudky a nekonečný vesmír má mnoho středů. gravitační komprese [nyní známo, že toto Ne tak jistě]. Významný doplněk k teorii vzniku hvězd učinil James Hopwood Jeans (1877-1946). Ve svém díle „The Stability of a Spherical Nebula“ (1902) ukázal, jak tlak plynu odolává gravitaci, tzn. „touha“ částic plynu rozptýlit se po vesmíru. Jeansovy myšlenky jsou v té či oné míře základem téměř všech následujících přístupů ke vzniku hvězd. Můžeme říci, že moderní teorii vzniku hvězd v podstatě vytvořil Jeans. Níže je uveden seznam hlavních hypotéz a teorií vzniku hvězd v chronologickém pořadí [Surdin, 1999]:

1. VORTEXOVÁ HYPOTÉZA EPICURUS-DESCARTES (III-IV století př. n. l. – první polovina 17. století)

Vírový pohyb éteru zachycuje a stlačuje hmotu budoucích hvězd. Ve své klasické verzi se o této hypotéze již neuvažuje [Surdin, 1999], ale pravděpodobně může vírový pohyb mezihvězdné hmoty hrát určitou roli v raných fázích její kondenzace. Kromě toho může vírový pohyb určit počáteční rotační moment té části oblaku, která je stlačena do konkrétní hvězdy [Yu.N.].

2. BENTLEY-NEWTON AKUMULAČNÍ HYPOTÉZA (1692)

Hromadění hvězd nastává v důsledku přitažlivosti mezi částicemi hmoty a od prostor je nekonečný, ne jeden, ale vzniká mnoho přitahujících center. Klasická verze této hypotézy je zastaralá, protože nebere v úvahu pohyb částic plynu, v důsledku čehož mají tyto částice tendenci se od sebe rozletovat všemi směry. Ale samotná podstata hypotézy nebyla zamítnuta.

3. JEANS’ TEORIE GRAVITAČNÍ NESTABILITY [PŘEDHVĚZDNÁ HMOTA] (James Hopwood Jeans, 1877-1946, práce „Stability of a Spherical Nebula“, 1902)

Existuje kritická velikost a množství kondenzačních plynů (velikost a hmotnost Jeans), při kterých je mrak schopen gravitačního kolapsu, protože gravitace může překonat tlak plynných částic. Při absenci tlaku by gravitace způsobila kolaps při volném pádu a při absenci gravitace by se oblak plynu roztáhl do určitého poloměru za určitý dynamický čas. Jeansova teorie ukázala, že tehdy známé emisní mlhoviny kvůli svému teplu a řídkosti nemohly být místy vzniku hvězd a chladnější a hustší mlhoviny ještě nebyly objeveny. Proto Jeans věřil, že hvězdy se zrodily v dávné minulosti a byly postaveny dlouhý rozsah vývoje vesmíru (10 13 -10 14 let), co se stalo druhá hlavní mylná představa kosmogonie, která trvala tři desetiletí. první velká mylná představa o kosmogonii – to je rozpoznání všech mlhovin jako plynových mlhovin atd. útvary, které dávají vzniknout hvězdám a planetám (trvaly tři století, 17-19 století). Po objevu termonukleárních reakcí ve 1940. letech XNUMX. století se ukázalo, že hvězdy jsou mladé a rodí se i v moderní době.

4. MODERNÍ TEORIE GRAVITAČNÍ NESTABILITY (E.M. Livshits, S. Chandrasekhar, A.B. Severny, Ya.B. Zeldovich, J. Silk atd.)

Bere v úvahu také rotaci a expanzi plynu, přítomnost hvězd, magnetická pole a kosmické záření, ale vychází z Jeansova vzorce. Následné představy o vzniku hvězd, které jsou diskutovány v tomto seznamu níže, jsou založeny na stejné teorii gravitační nestability a jsou v podstatě jejími variantami a vylepšeními. Tyto teorie navíc uvažují o roli mezihvězdných oblaků při tvorbě hvězd, které byly dobře popsány v první polovině 20. století. E. Barnard v roce 1913 zveřejnil fotografie Mléčné dráhy, kde je vidět 349 světlých a tmavých mlhovin. V jasných mlhovinách jsou plyn a prach osvětleny hvězdami, které je zrodily, těmi, které vytvořily, nebo náhodnými sousedními hvězdami. Ve tmě – neosvětleno. V roce 1946 objevili B. Barth a E. Reilly na pozadí světelných mlhovin malé černé skvrny – globule, zeslabující světlo hvězd desítky a stovkykrát. Zpočátku byly mylně považovány za „protostars“, i když se ukázalo, že otázka je složitější.

5. TEORIE KONDENZACE PRACHU (L. Spitzer, 1941; F. Whipple, 1946).

Lokální zvýšení hustoty plynu vede nejprve k růstu prachových částic, načež se zhutnění stane méně průhledným a poté světlo svým tlakem ze všech stran začne toto zhutnění stlačovat. Pak byl ale v Galaxii objeven silný turbulentní pohyb hmoty, který by měl promíchat prach a zabránit jeho kolapsu.

6. AKREČNÍ TEORIE (1940. léta XNUMX. století)

Karl Weizsäcker – akrece plynu na prachová jádra; Fred Hoyle – omlazení starých hvězd při průchodu oblakem plynu a prachu. Při průchodu mrakem by pomalu se pohybující hvězda měla získat největší hmotnost, což je to, co je pozorováno: hmotné hvězdy mají nejnižší chaotické rychlosti. Ale tou dobou už byly globule otevřené a nebylo v nich mnoho prachu. To znamená, že jsou to oblaka plynu, která podléhají kompresi. Existovaly další důvody, proč byla akreční teorie zamítnuta.

7. TEORIE DARK CONDENSATION COMPRESSION (Birman a Schluter, 1954; Oort a Spitzer, 1955)

Objeví-li se jasná OB hvězda v nehomogenním mezihvězdném prostředí, vytvoří kolem sebe ionizovanou oblast (Strömgrenova zóna), ve které zůstanou nezahřáté pouze neprůhledné hustoty plynu. Zahřátý plyn stlačuje tato těsnění až do bodu gravitačního kolapsu. A hvězda ohřívá stranu hroutících se mraků přivrácenou k ní, kvůli čemuž zde ohřátý plyn, odtékající pryč, způsobí reaktivní efekt a mraky začnou od hvězdy odlétat. Tak vznikají rozšiřující se asociace mladých hvězd, což je pozorováno.

8. TEORIE FRAGMENTACE (Fred Hoyle, 1953; Hunter, 1962), neboli teorie gravitační nestability a fragmentace

Mrak (včetně „embrya“ galaxie), který se stlačuje, se začíná otáčet rychleji, a proto je rozdělen na polovinu, na polovinu atd. až po rozpad na protohvězdy. Je také známo, že během volného gravitačního stlačování nekulového mraku se jeho nesféricita zvyšuje: zploštělý sféroid se mění v disk a podlouhlý sféroid v „doutník“, který se rozpadá na řetězec fragmentů.

K uznání teorie nejprve nebyl dostatek pozorovacích dat, a proto se objevily další („netradiční“) teorie vzniku hvězd: podle Kratha (1952) hvězdy vznikají stlačením tmavých planetárních těles; podle Ambartsumyana (1953) – v důsledku rozpadu hypotetických předhvězdných těles. Tyto teorie nenašly přijetí.

9. NESTABILITA PARKERU

Koncentrace látky v magnetických „otvorech“. Plyn je udržován ve stabilním stavu nejen tlakem, ale také elasticitou magnetického pole „zamrzlého“ v něm. Pokud se malá oblast na okraji mraku náhodou stane hustší, pod vlivem gravitace se potopí a táhne s sebou magnetické pole ve formě „prohlubně“. Do „jám“ začnou proudit nové části plynu, čímž se zvýší jeho prohloubení. A vedle „jám“ bude „vznášet“ zředěný plyn spolu se siločárami ve formě zakřivených oblouků.

10. TEPELNÁ NESTABILITA

Za přítomnosti vnějších zdrojů energie se homogenní plyn rozdělí na husté studené mraky a mezi nimi horký zředěný plyn.

11. INICIACE VZNIKU HVĚZDY RÁZOVÝMI VLNAMI

Pokud k pohybu plynu v mezihvězdném prostředí dochází rychleji než je rychlost zvuku, dochází k prudkým skokům v hustotě, šířícím se ve formě rázových vln. Rázové vlny mohou být způsobeny výbuchem supernovy, hvězdným větrem, galaktickou spirální vlnou, srážkou mraků atd. Zhutnění plynu rázovou vlnou iniciuje tvorbu hvězd. Vznik hvězd vede ke vzniku mladých hmotných hvězd, které rychle „shoří“ a explodují jako supernovy a přenášejí vlnu formování hvězd dále.

Moderní modely formování hvězd obvykle zvažují soubor myšlenek diskutovaných výše, ale jak již bylo zmíněno, hlavní myšlenka – myšlenka konfrontace mezi gravitací a tlakem plynu – patří Jeansovi a objevila se na samém začátku 20. století.

ZNÁMKY PŘÍCHODU

1. masivní hvězdy;
2. emisní mlhoviny, které je obklopují, tzn. mlhoviny, které uvolňují výtrysky plynu (obojí jsou dobré indikátory pro blízké galaxie, ale ne pro rovinu Mléčné dráhy kvůli absorpci světla);
3. infračervené záření prachu zahřátého horkými hvězdami (viditelné i v rovině naší Galaxie);
4. radiová emise z kompaktních oblastí ionizovaného vodíku (oblasti H II), vyplývající z tvorby neutrálních atomů z částic s opačným nábojem (radio-rekombinační záření);
5. rádiové emise z plynových a prachových disků kolem formujících se a novorozených hvězd;
6. Dopplerovo štěpení molekulárních čar v rotujícím disku kolem takových hvězd;
7. Dopplerovské štěpení molekulárních linií tenkých rychlých výtrysků (jetů) unikajících z těchto disků (z jejich pólů) rychlostí přibližně 100 km/s;
8. přítomnost asociací, hvězdokup a hvězdných komplexů s hmotnými hvězdami (hmotné hvězdy se téměř vždy rodí ve velkých skupinách);
9. obecné zvýšení jasu galaxie v daleké infračervené oblasti kvůli přítomnosti hmotných hvězd tam;
10. přítomnost velkých molekulárních mračen (indikátor ochlazování a zhušťování mezihvězdného prostředí, tedy jeho připravenosti ke vzniku hvězd, i když ne indikátor vzniku hvězd);
11. přítomnost globulí (také indikátor připravenosti ke vzniku hvězd).

MÍSTA VZNIKU HVĚZD

1. v jádrech velkých galaxií;
2. na koncích spirálních ramen (obří mezigalaktické oblasti ionizovaného vodíku o průměru až 1 kiloparsek a někdy s 1000 mladými hvězdami tříd O a B;
3. na periferii nepravidelných galaxií;
4. v trpasličích galaxiích jako jediný zdroj vzniku hvězd (galaxie H II).

GLOBULE

1. STUDENÉ GMO (5-10 stupňů Kelvina, v celém galaktickém disku);
2. TEPLÉ GMO (11-30 K, pouze v rukávech). Právě teplé GMO jsou spojovány s centry tvorby hvězd.

MŠE ZROZENÍ HVĚZD

Stále není jasné, na čem závisí hmotnost rodící se hvězdy [Surdin, 2000a]. Pokud záleží na hustotě a teplotě plynu, pak by se v různých oblacích měly zrodit různé hvězdy a ve stejném oblaku by se měly zrodit tytéž, což však není pozorováno: hvězdy zrozené společně se výrazně liší hmotností. Nějakou dobu se věřilo, že jak dochází ke vzniku hvězd, podmínky v mateřském mračnu se mění, což způsobuje, že se hvězdy různých hmotností rodí v mírně odlišných časech. To znamená, že hvězdy různých velikostí ve stejném centru tvorby hvězd by měly mít mírně odlišné stáří. Je těžké to ověřit, protože. mateřská plynová a prachová oblaka zpravidla před astronomy skrývají první fáze života hvězd. Pokud je však tvorba hvězd velmi intenzivní, výbušná, pak se mateřský mrak zhroutí rychleji a odhalí dřívější fáze vzniku hvězd. Bohužel je v naší blízkosti jen málo oblastí výbušných hvězd: jedna je v naší Galaxii (komplex hvězda-plyn NGC 3603) a druhá je ve Velkém Magellanově mračnu (NGC 2070 v mlhovině Tarantule). První oblast byla zkoumána novým 8metrovým dalekohledem Evropské jižní observatoře v infračervené oblasti, ve které prach zeslabuje záření 2krát, a nikoli 80krát, jako ve viditelném [Surdin, 2000a]. Ukázalo se, že na rozdíl od teoretických předpovědí vznikají nízkohmotné hvězdy společně s hmotnými v jedné epizodě vzniku hvězd [Surdin, 2000a]. Otázka, co ovlivňuje hmotnost nově zrozených hvězd, zůstává otevřená. Stejný dalekohled byl použit k prozkoumání globule B68 v Ophiuchus [Surdin, 2000c]. Je vzdálena „jen“ 500 světelných let. Celková hmotnost prachových zrn v něm je 0,03 slunečního záření. Vzhledem k tomu, že plynu je vždy 100krát více, je celková hmotnost globule 3 sluneční, což stačí k vytvoření tuctu malých hvězd. Prach nacházející se v rovině Galaxie skrývá jednu čtvrtinu vesmíru, ale my jsme se naučili vidět skrz prach (v infračerveném světle), a proto existuje naděje, že problémy spojené s hmotností nových hvězd budou brzy vyřešeny. Charakteristická hmotnost mladých hvězd v galaktickém disku je asi polovina hmotnosti Slunce. Průměrná hmotnost hvězd v kupách i mimo ně je přibližně stejná [Surdin, 1999]. Zatímco astronomové nenašli empirické vysvětlení pro skutečnost současného zrození hvězd různých velikostí, mohu nabídnout následující spekulativní hypotézu. Pravděpodobně v globulích a jádrech molekulárních mračen dochází spolu s uspořádaným pohybem molekul plynu kolem společného středu hmoty a zcela chaotickým tepelným pohybem také k vírovému pohybu plynu (turbulenci). Vzniká z různých důvodů, ale především gravitačním vlivem okolních objektů (hvězdy, mraky), jakož i jejich zářením, pokud se jedná o hvězdy. Vyvíjí se podle svých vlastních zákonů a tvoří složitý systém vírů. Když dojde k oddělení kondenzací, které vedou ke vzniku jednotlivých hvězd, každá taková kondenzace má své vlastní rozměry a vlastní rotaci, zděděnou od vírových plynových výtrysků. Parametry konkrétního těsnění jsou náhodné. Z velkých a pomalu se pohybujících kondenzací vznikají velké hvězdy, z malých nebo rychle rotujících, a proto podléhajících fragmentaci – menší hvězdy nebo jejich malé skupiny [Yu.N.]. TVORBA HVĚZD může být spontánní a stimulovaná (iniciovaná, indukovaná), i když hranice mezi nimi je někdy libovolná. Vlna formování hvězd se může šířit protáhlým molekulárním mrakem, křížit spirální rameno (poblíž vnitřního okraje, kam plyn proudí a kde se zhutňuje, jsou hvězdy mladší než na vnějším okraji, kde končí vývoj hmotných hvězd) , mají chaotický charakter (v nepravidelných galaxiích), vedou k výbuchu hvězdotvorby se vznikem galaktického větru. K interakci hmotné hvězdy s mezihvězdným prostředím dochází prostřednictvím záření (s tvorbou Strömgrenovy zóny, kde se plyn ionizuje a stlačuje hustoty), hvězdným větrem a explozí na konci evoluce. Kolem skupiny supernov se vytváří jediná rozpínající se superslupka [Surdin, 1999]. Kolem mladé hvězdy se tvoří hustá oblast molekulárního plynu, která nejrychleji expanduje podél gradientu hustoty směrem k nejbližšímu okraji mateřského mračna. Objeví se tam boule, která se rychle roztáhne a vypustí do mezioblačného prostoru proud horkého plynu. Jedná se o MODEL CHAMPAGNE. Příklad – Mlhovina v Orionu na okraji molekulárního mračna Orion A [Surdin, 1999]. Evropské jižní observatoři se nedávno podařilo nafilmovat „okamžik“ výronu plynu z „láhve“: uprostřed temné mlhoviny RCW 108, viditelné na pozadí Mléčné dráhy v jižním souhvězdí Oltář, zaoblená kompaktní světlá oblast a jsou viditelné méně jasné výrony z jednoho okraje [Surdin, 2001b].

Pohyb hvězd

| obsah |

Cirkumstelární záležitost >>

Publikace s klíčovými slovy: hvězdy – vznik hvězd Publikace se slovy: hvězdy – vznik hvězd

Viz také:

Vesmírný teleskop Jamese Webba (JWST) a další galaktické studie potvrdily přítomnost „fontány mládí“, z níž se rodí nové hvězdy poblíž černé díry ve středu Mléčné dráhy. Dříve si byli vědci jisti, že tam prostě nemohou existovat. Pojďme zjistit, co to všechno znamená.

Jak se rodí hvězdy

Proces tvorby hvězd zahrnuje několik fází:

1. Obří molekulární oblaka

Hvězdy se rodí v obrovských, studených, hustých oblacích molekulárního vodíku a prachu. Říká se jim obří molekulární mraky nebo dokonce hvězdná kolébka. Rozkládají se na desítky nebo stovky světelných let jedním směrem a obsahují suroviny nezbytné pro vznik hvězd. Uvnitř probíhají nepřetržité procesy komprese a expanze.

2. Gravitační nestability

V oblacích pod vlivem různých faktorů (například vlivem rázových vln z blízkých supernov nebo srážek mezi mraky) vznikají gravitační nestability. Způsobují kolaps některých oblastí oblaku vlivem vlastní gravitace. Boj všech možných procesů končí vítězstvím kompresních sil.

3. Vznik protohvězd

Když se oblast oblaku smrští, vytvoří se v ní husté jádro – protohvězdné jádro. Gravitační kolaps tohoto jádra vede ke zrození protohvězdy, což je novorozená hvězda obklopená zámotkem plynu a prachu. Pokud je hmotnost stlačeného plynu malá, vznikne jedna hvězda, a pokud je ho hodně, zrodí se skupina těles – celá hvězdokupa.

4. Akreční disk

Protohvězda je obklopena akrečním diskem, plochou strukturou plynu a prachu, která se spirálovitě stáčí nad protohvězdou. Materiál z disku postupně dopadá na protohvězdu, zvyšuje její hmotnost a pomáhá jí růst.

5. Jaderná fúze

Když protostar dosáhne kritické hmotnosti a teploty (asi 10 milionů stupňů Celsia), jaderná fúze vodíku začíná v jejím epicentru. To znamená přechod z protohvězdy do nové fáze, ve které začíná generovat vlastní energii prostřednictvím jaderných reakcí.

6. Hvězda hlavní sekvence

V nové fázi dochází v jádru hvězdy ke stabilní přeměně vodíku na helium. V tomto stavu zůstává po většinu svého života a vyzařuje energii do vesmíru (stejně jako naše Slunce).

7. Evoluce hvězdy

V průběhu milionů a miliard let závisí osud hvězdy na její počáteční hmotnosti. Hvězdy s vyšší hmotností tvoří červené obry, supernovy, neutronové hvězdy a dokonce i černé díry. Hvězdy s nižší hmotností (naše Slunce) se vyvíjejí v rudé obry a poté se zbavují svých vnějších vrstev, aby se z nich stali bílí trpaslíci.

Co vědci zjistili

Astronomové vždy věděli, že v blízkosti supermasivní černé díry Mléčné dráhy vytváří silné záření a gravitační síly extrémně nepříznivé podmínky pro vznik nových hvězd. Jinými slovy, hvězdy se tam nemohou zrodit – bude to zpožděno.

Již několik desetiletí však vědci pozorují mladé hvězdy poblíž galaktického centra, což je v rozporu se všemi jejich předpovědi. Konkrétní kupa mladých hvězd, známá jako IRS13, byla objevena před více než 20 lety. Spojením dat z mnoha dalekohledů astronomové potvrdili, že hvězdy v IRS13 jsou staré jen asi 100 4,6 let. Ve srovnání se pozemským Sluncem (13,6 miliardy let) a samotnou Mléčnou dráhou (XNUMX miliardy let) se teprve narodili.

Analýza IRS13 pomocí dat JWST je prvním pokusem o vyřešení desítky let staré záhady o nečekaně mladých hvězdách. Vědci byli poprvé schopni identifikovat populace různého stáří – horké hvězdy hlavní posloupnosti a mladé vycházející hvězdy – v kupě umístěné tak blízko středu Mléčné dráhy.

Proč je to důležité

Odborníci se domnívají, že tato hvězdokupa by mohla být klíčem k pochopení toho, jak se takové mladé hvězdy dostaly tam, kde neměly být.

Pozorování naznačují, že některé hvězdy v IRS13 (horké hvězdy hlavní posloupnosti) mohly pocházet daleko v galaktickém sousedství a poté migrovaly blíže k husté kupě kolem černé díry, až nakonec uvízly v její gravitační síle. Vědci se domnívají, že když byl IRS13 vtažen dovnitř, vytvořil shluk materiálu tam, kde jeho hrot prorazil prašné mezihvězdné médium, jako příď lodi, která se prodírá vodou. To podnítilo vznik dalších hvězd (mladých).

Teleskop Jamese Webba také našel důkazy o vodním ledu v galaktickém centru poblíž IRS13 – další otisk prachových, nedávno vzniklých hvězd. Doufáme, že JWST brzy odhalí více informací o IRS13, což astronomům poskytne nové důkazy o záhadě mladých hvězd v centru Mléčné dráhy.