Кое-что о зведообразованииПредставим себе огромное газовое облако. По-настоящему огромное - в тысячи, а может, и миллионы масс Солнца. И относительно холодное.
Это облако под действием собственной гравитации непременно начнет сжиматься - особенно, если ему помочь. При этом процесс сжатия рано или поздно окажется неравномерным - случайные колебания плотности облака приведут к тому, что оно начнет сжиматься вокруг более плотных участков, разделяясь на сжимающиеся фрагменты. Фрагменты будут сжиматься все сильнее, при сжатии начнут нагреваться (по закону Клапейрона) - и, в конце концов, учитывая что массы этих фрагментов по расчетам будут очень большими, нагрев в их центрах, где давление окажется очень большим, станет таким сильным, что в центре фрагментов начнутся термоядерные реакции, и бывшие фрагменты облака, сжавшиеся в плотные газовые шары, превратятся в звезды. При этом надо иметь в виду, что, если фрагмент относительно невелик, рано или поздно он прекратит сжиматься, потому что его массы (и тяготения) не хватит, чтобы преодолеть силу давления в его центральной части, растущую одновременно с температурой. Так что слишком малые фрагменты ни во что не сожмутся - а если фрагмент слишком велик, то он либо успеет распасться на части, либо с ростом температуры его на эти части разорвет. Поэтому фрагменты превращаются в звезды не слишком маленьких и не сверхбольших размеров (как раз тех, которыми и бывают звезды).
Такова в самом общем и примитивном описании картина появления звезд.
Теперь - о деталях.
Деталь первая.
Эта картина не учитывает того, что при сжатии фрагмент облака - будущая звезда - не просто нагревается все сильнее, - будь так, звезды бы вообще в подавляющем большинстве не формировались, ибо нагрев и рост давления остановили бы сжатие облака еще до начала термоядерных реакций - но и теряет тепло. А значит, давление в нем падает, и он может сжиматься еще сильнее. И чем лучше теплоотдача, тем меньший фрагмент первичного облака может сжаться до состояния звезды. В самом деле, если теплоотвод слабый, то при сжатии температура и давление являются высокими, и нужна очень большая масса фрагмента, чтобы тяготение преодолело давление и все же "дожало" сжимающийся фрагмент до стадии звезды. А вот если теплоотвод хороший, при сжатии фрагмента облака давление растет медленно, и даже фрагмент небольшой массы может сжаться достаточно сильно, превратившись в звезду.
Разумеется, если теплоотвод был бы слишком хорош, то сжимаясь, фрагмент облака вообще бы не нагрелся, так и не став звездой и превратившись в черную дыру, но такого теплоотвода газ не обеспечит.
Отсюда вывод - чем лучше происходит теплообмен в газовом облаке, тем лучше от сжимающихся фрагментов облака отводится тепло, препятствующее сжатию, а значит, тем меньшие звезды могут из него родиться.
А теперь начинается интересное. Теплообмен в газовом облаке существенно зависит от его состава. И если оно состоит только из водорода и гелия (а именно из этих веществ состояла Вселенная после рождения), то он весьма слаб. А вот если к нему добавить даже немного кислорода и углерода, то эффективность теплообмена весьма существенно растет.
А это означает, что первые звезды, появлявшиеся в водородно-гелиевой Вселенной, не имевшей кислорода, углерода и других металлов, могли рождаться только большими. Очень большими. Массами в двадцать-пятьдесят-сто и более масс Солнца. Я об этом упоминал не раз.
Это - звезды первого поколения, называемые еще третьим типом звездного населения.
Напрямую они никогда не наблюдались, если не считать слабого намека на их существование в спектрах самых дальних галактик, и причину этого можно понять, если вспомнить, что массивные звезды живут очень недолго. Через несколько миллионов или десятков миллионов лет после своего рождения звезды первого поколения погибли.
Но их дело не пропало. За время своей бурной жизни столь массивная звезда успевает выработать в своих недрах множество металлов - и кислорода, и углерода, и неона с серой... самые массивные - вплоть до железа. А потом она взрывается как сверхновая, и во время взрыва дополнительно производит тяжелые элементы - вплоть до урана и далее... И все это в значительной степени выбрасывается в космическое пространство, и там образует новые газовые облака. А вот уж из этих, обогащенных металлами газовых облаков, затем вполне могут образовываться звезды малых размеров.
Вот они и образовывались. Это - звезды второго поколения (второй тип населения), относительно бедные металлами, но при этом небольшие. И о некоторых древнейших низкометалличных звездах, обогащенных продуктами взрывов гигантских звезд первого поколения, я недавно рассказывал.
Конечно, во втором поколении образовывались звезды не только малых размеров, но и всяких прочих вместе с ними, но было это давно - двенадцать-тринадцать миллиардов лет назад, так что до наших дней дожили только самые малые из них (которых, замечу, было большинство) - спектральных классов М и, реже, К. Именно из них состоят, преимущественно, старые эллиптические галактики, или шаровые звездные скопления, формирующие гало древних дисковидных галактик (в том числе, нашей), а также балджи этих галактик.
А уж из остатков погибших звезд второго поколения, из которых потом родились звезды третьего (как наше Солнце) и более поздних поколений, позднее формировались диски спиральных и линзовидных галактик. Эти звезды (первого типа населения) имеют уже большую металличность.
Деталь вторая.
Если бы исходное молекулярное облако было уединенным и покоящимся, то есть, спокойно висело бы в вакууме, ни с кем не взаимодействуя, очевидно, что оно тихо и спокойно разделилось бы на более или менее одинаковые одиночные звезды. Кстати, такая картина более или менее характерна для шаровых скоплений. Это косвенно свидетельствует о том, что они образовывались при минимальном взаимодействии с другими объектами.
Однако в нынешние времена одиночных, неподвижных и ни с кем не взаимодействующих облаков уже не бывает. Они находятся в галактиках, обращаются вокруг их центров, притягиваются друг к другу и к другим массивным объектам и, что очень важно, в результате приобретают вращательный момент. А если даже медленно вращающееся гигантское молекулярное облако фрагментирует, образовавшиеся фрагменты по мере сжатия вращаются все быстрее и быстрее (учебники очень любят приводить образный пример с фигуристкой, которая, раскинув руки, вращается медленно, а прижав руки к бокам, резко увеличивает угловую скорость вращения). В результате рано или поздно сжимающийся фрагмент молекулярного облака (протозвездное облако) сожмется до такой стадии, что центробежная сила уравновесит его гравитацию, и сжатие прекратится.
Начиная с этого момента произойдет интересное событие - облако за счет тяготения начнет уплотняться вдоль радиуса, на котором центробежная сила равна силе притяжения, и будет стремиться превратиться в кольцо. Однако кольцеобразного газового облака не получится - случайные уплотнения в нем будут притягивать окружающий газ, так что, если бы не взаимодействие с остальным миром, из него постепенно должны сформироваться два одинаковых сгустка, обращающихся друг вокруг друга и неторопливо сжимающихся в будущие звезды. А с учетом взаимодействия с магнитным полем и соседними фрагментами, скорее всего, двух одинаковых сгустков не получится, а получатся два или более неодинаковых. В результате газовое облако рано или поздно фрагментирует на пары и группы вращающихся друг вокруг друга звезд.
Это - ответ на вопрос, отчего большинство наблюдаемых звезд - это двойные и кратные системы.
Остается вопрос - а откуда берется меньшинство, примерно 30% звезд, являющихся одиночными, в том числе, наше родное Солнце.
Тут возможны различные варианты.
Во-первых, если образовавшася пара была резко несимметричной, то ее массивный компонент проэволюционирует очень быстро. Если его масса была более двенадцати солнечных, а может, в зависимости от особенностей эволюции, даже чуть менее, то он взорвется сверхновой - и при этом устойчивость системы может нарушиться, и менее массивный компонент улетит в свободное плавание.
Во-вторых, сжимающийся фрагмент газового облака при взаимодействии с соседними фрагментами может затормозить свое вращение настолько, что сумеет сжаться в звезду, и центробежная сила этому не помешает. Таким образом, судя по всему, образуются крупные быстровращающиеся звезды, такие, к примеру, как Альтаир или Ахернар.
И, наконец, существует возможность того, что за счет турбулентных завихрений в газовом облаке и магнитного поля вращательный момент в облаке распределится неравномерно - центр облака затормозит вращение, раскручивая при этом его периферию. В результате может произойти интересная ситуация - центральная часть облака, весящая, скажем, 99,866% его общей массы, сохранит всего два процента суммарного вращательного момента, а оставшаяся внешняя часть облака, которая весит менее 0,0014 от его массы, получит 98% вращательного момента. В результате образуется одиночная звезда - а из быстровращающейся внешней части облака образуется ее планетная система.
Кстати, цифры, приведенные в последнем абзаце, взяты мной отнюдь не с потолка. Это - параметры нашей родной Солнечной системы. Если бы все планеты, астероиды и прочие тела нашей Солнечной системы, которые в совокупности весят примерно в 750 раз меньше Солнца, упали на него, скорость его вращения выросла бы в пятьдесят раз.Из всего сказанного следует один вывод: как правило, звезды формируются не где угодно, а только в областях звездообразования - газовых облаках, которые сжимаются под действием собственной гравитации (но не только - иначе они бы вообще не образовывались, вернее, распадались бы на звезды, не успев сформироваться - сжатие облака должно провоцироваться внешними факторами и возмущениями окружающей среды, в первую очередь, внешними гравитационными воздействиями или особенно часто, уплотнением ударными волнами, сопутствующими рукаву галактики, или иногда от взрывов сверхновых).
Эти области звездообразования вблизи выглядят весьма эффектно - ярким примером является Большая туманность Киля
http://forum.kamsha.ru/index.php?topic=101.msg77151#msg77151.
Издалека они очень хорошо видны - если фотографировать галактику в инфракрасном цвете, каждая область звездообразования будет видна в виде яркого пятнышка - нагретые при звездообразовании газ и пыль испускают весьма яркое инфракрасное излучение:
Каждое пурпурное пятно на фотографии - это область звездообразования. Хорошо видно, что они действительно расположены вдоль спиральных рукавов.
И еще одна деталь.
Если в каком-нибудь городе темной ночью вырыть посреди улицы большую и глубокую яму, а утром прийти к ней, вытащить попавших туда людей и спросить их, из чего состоят галактики и где образуются звезды, большинство опрошенных ответит, что галактики состоят из звезд, а звезды образуются в галактиках. И что интересно - в обоих случаях они окажутся неправыми.
(Кстати, при другом способе формирования репрезентативной выборки результат, скорее всего, будет таким же, что доказывает эффективность предложенного метода опроса).
О том, что галактики состоят вовсе не из звезд, я уже рассказывал. И не раз. И упоминал, что звезды вообще не являются необходимым элементом галактики.
А теперь я расскажу еще и о том, что о том, что для рождения звезд галактики, в свою очередь, тоже не нужны.
Области ионизированного водорода с протозвездными облаками и формирующимися звездами встречаются не только в галактиках, но и в межгалактическом пространстве.
Например, в межгалактическом пространстве неподалеку от эллиптической галактики NGC 1490 примерно в 250 миллионах световых годах от нас были обнаружены целых две таких области, в которых сейчас формируются звезды. Причем их металличность достаточно высока, близка к солнечной, что говорит о том, что само по себе газовое облако претерпело длительную эволюцию.
Правда, скорее всего, определенным образом эти области звездообразования с галактиками все же связаны - они, судя по всему, являются остатками древних разрушенных приливными взаимодействиями и поглощенных более крупными соседями галактик, избежавшими поглощения и теперь эволюционирующими вне галактик. Но все же факт остается фактом - звезды, пусть и в небольшом количестве, могут образовываться в "пустом" межгалактическом пространстве.
Впрочем, в темах "Космос" о внегалактическом звездообразовании я упоминал несколько раз.
