Галактики, зорі, планети та чорні діри.

Продовження статі про космос. Сьогодні ми поговоримо про небесні тіла, що заповнюють наш Всесвіт.

Галактики, зорі, планети, чорні діри та, ймовірно, білі діри – це не єдині “жителі” нашого Всесвіту. Згадати тільки за туманності та квазари в сумісності з войдами. Наднові, кілонові – мабуть, рідко коли ви чули ці назви, хоча уяву про них 100% маєте.

Але, все ж таки, спочатку поговоримо за “базу”. І почнемо ми з галактик.

Як я писала в минулій статі – у Всесвіті був період “Темних віків”, коли він погрузився у темряву. Лише через 300 мільйонів років щільні ділянки рівномірної матерії почали притягуватися, утворюючи галактики, а всередині них в майбутньому сформувалися зорі.

Все ж таки – що таке галактики? Галактики – це система зір, зоряних скупчень, міжзоряного газу, пилу та темної матерії. Найголовніше – всі вони зв’язані гравітаційно. Особисто я раніше не розуміла, як створилися галактики, як в них потрапити та задавала сама собі питання: “Невже, коли ми входимо в іншу галактику, ми наче провалюємося в інший вимір, в інший світ?” Проте з часом, я все ж таки зрозуміла: галактики це просто міжзоряний пил та зорі, що змушують їх так гарно світитися.

Також те, що потрібно запам’ятати: майже в кожної галактики в центрі є надмасивна чорна діра. Так, саме це притягує всі небесні тіла до центру; саме це змушує робити оберти навколо центру, як наша планета робить оберт за 365 днів навколо Сонця. Наприклад, наша Сонячна система робить один оберт по Чумацькому шляху за 230 млн років. Тобто, якщо порахувати, то нашому сонцю приблизно 20 років. Проте, радіти такому оберту теж непотрібно, та й навряд чи ми його застанемо. Наша галактика – спіральна і має спіральні рукави, в яких зосереджено багато небезпечних наднових. Не дивлячись на те, що швидкість руху нашої системи приблизно та ж сама, що й швидкість спіральних рукавів, завдяки чому ми рідко з ними стикаємося, іноді ми все ж таки проходимо повз них, і саме в такій ділянці колись вимерли динозаври. А “міжспіральний” період можна назвати найблагодатнішим – в цей момент життя в нашій системі еволюціонує.

Наша галактика – лише маленький приклад спіральних галактик. Але окрім спіральних ще є:

– кулясті еліптичні

– галактики з перемичкою

– карликові

– неправильні

Із чого складається галактика:

– ядро – мала область в центрі галактики;

– диск – відносно тонкий шар, в якому сконцентровано більшість об’єктів галактики;

буває газопиловим або зоряним.

– полярне кільце – рідкісний компонент. У класичному випадку галактика з полярним кільцем має два диски, що обертаються в перпендикулярних площинах. Центри цих дисків збігаються. Причина виникнення полярних кілець не є повністю обґрунтуваною.

Галактики можуть зіткнутися. Особисто я називаю це “весіллям галактик”, як назва “весілля річок”, але це неправильна форма назви. Для себе, так сказати.

Зазвичай масивніша галактика перетягує на себе темну матерію разом з міжгалактичним газом менш масивної, залишаючи ту “пустою”. Але, якщо різниця в масах і часом взаємодії невелика, то в галактиках виникне періодична зміна густини газу, що в майбутньому буде причиною для зореутворення та появи спіральних гілок.

Нашу галактику таке злиття також очікує в майбутньому, з галактикою Андромеди. Втім, в минулому Чумацький шлях теж зіткнувся з іншою галактикою.

Але в випадку злиття Чумацького шляху і Андромеди буде інша ситуація: наша Сонячна система ніяк не постраждає, нас лише відкине далі від центру галактики, але ми цього навіть не відчуємо. Більшість матерії не постраждає, а нова галактика буде називатися “Milkomeda”.

Тепер перейдемо до зірок. Зірки теж з’явилися після Темних віків, разом з галактиками. В їх ядрах знаходиться водень, який, спалюючись, буде перетворюватися на гелій.

Що таке зоря? Зоря – це велетенське розжарене, самосвітне небесне тіло, у надрах якого ефективно відбуваються (або відбувались) термоядерні реакції. Саме з їх допомогою вони світяться та нагріваються. Температура може коливатися в межах від 2000 до 60 000 Кельвінів, залежно від типу зорі.

Почнемо розбирати з легкого.

-› Коричневі карлики. Мають дуже низьку світність та їх тяжко розрізнити від планет та зірок, максимальна температура – 2800 Кельвінів, найхолодніші карлики не мають температури вищої за 300 Кельвінів. Від планет їх відрізняє те, що вони можуть підтримувати термоядерні реакції в своїх надрах. Сяють зазвичай помаранчево-червоним кольором, хоча насправді – червоні (спектральна класифікація).

-› Червоні карлики. Температура поверхні сягає 3500 Кельвінів, а сяють вохристо-жовтим відтінком. Такі зорі випромінюють дуже мало світла. Проте, через маленьку швидкість згоряння водню, вони мають велику тривалість життя – від кількадесяти мільярдів до трильйонів років.

-› Білі карлики. Їхня маса близька до Сонячної, але діаметр при цьому менший; їх світність приблизно у 10 000 разів менша сонячної, тому їх тяжко побачити. Вони утворюються після вичерпання джерел термоядерної енергії у надрах зорі та скидання оболонки. Найперші відкриті білі карлики – Сіріус В та 40 Ерідана B. Нашому сонцю прогнозують майбутнє білого карлика.

Білих карликів класифікують так:

– DA — у спектрі є лінії водню та немає ліній гелію. До цього типу належить ~75% білих карликів, вони зустрічаються в усьому діапазоні температур;

– DB — лінії іонізованого гелію сильні, ліній водню немає. Гелію в 10 разів більше, температури — понад 12 000°K;

– DC — неперервний спектр, немає ліній поглинання з інтенсивністю менш як 90% від інтенсивності неперервного спектру, температура — до 10 000°K;

– DF — є лінії кальцію, немає ліній водню;

– DG — є лінії кальцію, заліза, немає ліній водню;

– DO — лінії іонізованого гелію сильні, є лінії нейтрального гелію чи (або) водню. Це найгарячіші білі карлики, їх температури досягають 50 000°K

-› Жовті карлики. Жовті карлики – тип невеликих зір головної послідовності, що мають масу від 0,78 до 1,05 маси Сонця та належать до спектрального класу G. Термін «жовтий карлик» є неточним, адже насправді колір зірок класу G змінюється від білого до ледь жовтуватого. Основним джерелом енергії цих зір є термоядерний синтез гелію з водню. Сонце входить до такого типу зірок.

Всі інші зорі входять до класів “Гігантів”, “Яскравих гігантів”, “Надгігантів” та “Гіпергігантів”.

Деякі зорі можуть бути в “парній системі”. Взяти, наприклад, Альфа Центавру А, Альфа Центавру В та Альфа Центавру С (Проксиму Центавру). Також яскравим прикладом такої системи є Сіріус А та Сіріус В.

В наступний раз ми поговоримо про наднові та кілонові, які також є цікавим різновидом зорей.

Планети. Тут вийде дуже швидко: небесні несамосвітні об’єкти, що обертаються навколо своїх зорей. Їхня орбіта дуже схожа на форму еліпса. Зазвичай в кожної з планет є своя зоря, але іноді їх гравітаційною силою іншого небесного об’єкта (планети) викидує за межі орбіти, і так планета “блукає” без зорі.

Не у всіх планет є атмосфера, водночас не у всіх її немає. В деяких вона занадто токсична, в деяких – занадто щільна. Також не всі планети можуть обертатися навколо своєї осі, як наша Земля. Якщо вони дуже близько до червоних карликів, то зазвичай повернуті одним боком до зірки.

Тепер переходимо до чорних дір. Чорні діри – це об’єкти, які створюють потужну силу тяжіння, що жодна частинка не може покинути їх поверхні. Вони створюють горизонт подій (те, що нам видно з одного боку, і не видно з іншого) – односторонню межу в просторі-часі (фундаментальна система координат, що визначає взаєморозташування об’єктів і подій, що відбулися, в просторі та хронології), що не здатне перетнути навіть світло. Вважається, що в чорних дірах є сингулярність – нескінченно стиснута область, у якій гравітаційне поле стає нескінченним (його багато і воно сильне), а неперервна геометрія простору та часу зникає. Тобто, якщо ми випадково натрапимо на чорну діру, то нас затягне і ми не зможемо вийти з неї. Проте існує гіпотеза, що на іншому кінці чорної діри є гіпотетична біла діра, яка не викривляє простір-час разом з гравітаційним полем, і чисто гіпотетично* ми можемо через неї “вийти”. Проте, звичайно, в неї є свій горизонт подій. І якщо зовнішньому спостерігачу не видно події в чорній дірі, то біла працює навпаки – для неї недоступна решта Всесвіту. Також біла діра не “всмоктує” матерію ззовні, а навпаки – відштовхує її.

При цьому, згідно із низкою теорій, біла і чорна діра можуть бути внутрішньосвітовими, рознесені в просторо-часі або ж міжсвітовими та існувати у різних всесвітах. Або ж чорна діра втягує матерію в одному Всесвіті, яка, вилітаючи через білу діру, породжує інший Всесвіт. У такому разі чорні діри нашого Всесвіту є іншими всесвітами зі своїми фізичними законами.

Тепер повертаємося до чорних дір. “Базу” про них я вже розповіла. Тепер переходимо до класифікації:

• Чорні діри зоряної маси, утворені від гравітаціного колапсу масивної зорі, їхня маса не перевищує 5-10 мас Сонця.

• Надмасивні чорні діри – знаходяться в центрі майже кожної великої галактики, маса – від мільйона сонячних.

В нашій галактиці надмасивна чорна діра має назву “Стрілець А*”.

*вийти ніяк не вдасться, бо кожний, хто потрапить в чорну діру, перетвориться в стіну вогню, навіть не перетнувши горизонт подій.

Сингулярність. В чорних дірах, які не обертаються, вона має форму точки. В чорних дірах, яка обертаються, вона має форму кільця. Також навколо чорних дір були виявлені кільця.

Наймасивніша чорна діра має масу 6,6 млрд. сонячних мас та знаходиться в центрі галактики Мессьє 87.

Чорні діри зоряних мас утворюються, коли у зорі масою понад 10 сонячних мас закінчуються джерела енергії. В ядрі виникають умови, коли нейтрон стає стабільною часткою. За таких умов значна частина електронів поєднується з вільними протонами. Таким чином, тиск виродженого електронного газу не може більше утримувати рівновагу зорі. Ядро зорі колапсує і набуває густини, що близька до густини атомного ядра. Падіння зовнішніх шарів на ядро призводить до спалаху наднової та скидання зовнішніх шарів у навколишній простір. Якщо маса утвореної нейтронної зорі залишається більшою за межу Опенгеймера—Волкова (2,5-3 сонячних мас), то тиск виродженого нейтронного газу не може підтримувати рівновагу й відбуватиметься подальший колапс. Густина енергії у ядрі при цьому прямує до нескінченності. Після того, як чорна діра утворилася, вона може продовжувати рости, абсорбуючи масу з навколишнього середовища. Абсорбуючи інші зорі та зливаючись з іншими чорними дірами, можуть утворитися надмасивні чорні діри з масами порядку мільйонів мас Сонця.