Эволюция звезд

Խ. ԱԲՈՎՅԱՆԻ ԱՆՎԱՆ ՀԱՅԿԱԿԱՆ ՊԵՏԱԿԱՆ ՄԱՆԿԱՎԱՐԺԱԿԱՆ ՀԱՄԱԼՍԱՐԱՆ

ՌԵՖԵՐԱՏ

Ø  ՖԱԿՈՒԼՏԵՏ__ Մաթեմատիկայի, ֆիզիկայի և ինֆորմատիկայի

Ø  ԲԱԺԻՆ__ ֆիզիկա

Ø  ԿՈՒՐՍ__ երկրորդ, մագիստրատուրա

Ø  ԱՌԱՐԿԱ__  Աստղերի էվոլյուցիայի տեսական մոդելները

Ø  ԹԵՄԱ__ Աստղերի էվոլյուցիայի վաղ փուլերը

Ø  ԴԱՍԱԽՈՍ__ Արթուր  Իշխանյան

Ø  ՈՒՍԱՆՈՂՈՒՀԻ__ Մարգարիտա Դանիելյան

ԵՐԵՎԱՆ 2017 թ.

Ներածություն

Հարյուրավոր հազարավոր տարիներ շարունակ մարդկությունը օգտվում էր Արևի պարգևներից` չմտածելով դրա բնույթի մասին։ Ավելի ուշ Արևին աստվածացնում էին հին եգիպտացիներն ու պարսիկները։ Բայց նրանք ևս չափազանց քիչ գիտեին Արևի բնույթի ինչպիսիության մասին։ Այդ ժամանակներում աստղագիտությունը նոր էր առաջանում, կատարում էր իր առաջին քայլերը, սովորում էր չափել հեռավորությունը, գուշակել գետերի ու ծովերի տեղատվության ժամանակը, Արևի ու Լուսնի խավարումների ժամանակը։

Հին աշխարհում գիտության և մանավանդ հունական փիլիսոփայության զարգացումը հանգեցրեց նրան, որ ծնվեց տեսություն այն մասին, որ աստղերը հեռավոր արևներ են։ Բայց այդ հեռավոր արևների և մեր ավելի մոտ լուսարձակի ծագումն անհայտ էր։ Սոկրատն ասել է. «այս ամենը մահկանացուների և աստվածների համար ընդմիշտ անհայտ կմնա, զավեշտալի է նայել մարդու փորձերին` հասկանալու այն, ինչն ընդմիշտ թաքնված է մարդուց»։ 2000 տարի անց նույնը պնդում էր նաև ֆրանցիսացի փիլիսոփա Օգյուստ Կոնտը. «Մենք ոչինչ չենք կարող իմանալ աստղերի մասին։ Միայն այն, որ նրանք էներգիա են։ Նույնիսկ նրանց ջերմաստիճանը միշտ անհայտ կմնա»։ Բայց գիտությունն, ինչպես նաև մեր աշխարհը, զարգացում է ապրում, և 100 տարի անց ամեն ինչ փոխված է...

Վերջին 100-ամյակի ընթացքում, չնայած Կոնտի հոռետես կանխատեսումներին, հաջողվեց բացահայտել աստղերի ծագման և դրանց ներսում կատարվող ֆիզիկական պրոցեսների հիմնական հարցերը։ Աստղագետները քայլ առ քայլ ներխուժում են այն տարածք, որը համաձայն Սոկրատի` մահկանացուի համար ընդմիշտ պետք է անհայտ մնար։

Սույն աշխատանքի նպատակն է ներկայացնել այն ֆիզիկական պրոցեսները, որոնք հանդիսանում են աստղերի էներգիայի աղբյուրները, դիտարկել ջերմամիջուկային սինթեզի այն պրոցեսները, որոնք տեղի են ունենում աստղերի միջուկում իր զարգացման տարբեր փուլերում։ Նաև կուսումնասիրենք էներգիայի

փոխանցման մեխանիզմները դեպի աստղերի մակերևույթ, որը նույնպես շատ կարևոր է աստղի բնույթի բացահայտման համար։

Մարդկության տեսանկյունից աստղերն անմար են, բայց աստղերի տեսանկյունից դրանք հավերժ չեն։ Աստղերը ծնվում և ծերանում են, մարդկային կյանքի ժամանակը չնչին է համեմատած աստղի կյանքի ժամանակի հետ։ Բայց մաթեմատիկական գիտելիքի և տիեզերքի դիտարկումների օգնությամբ աստղագետները կարողացան հաշվարկել աստղերի զարգացման մոդելները` կախված դրա զանգվածից, շառավղից և այլն։ Այդ պատճառով մեր թեզում մենք կուսումնասիրենք նաև աստղերի էվոլյուցիայի առանձին որոշիչ պրոցեսներ։

Աստղերի էվոլյուցիայի վաղ փուլերը

Ժամանակակից պատկերացմամբ աստղերը կազմվում են գազափոշային ամպերի հատվածների ձգողական սեղմման հետևանքով։ Ինչպես ցույց են տալիս հետազոտությունները, միջաստղային տարածությունում առկա գազափոշային կուտակումները, որոնց զանգվածը հասնում է 103-104 m_☼, չափսերը` 10-100 պկ, իսկ ջերմաստիճանը մի քանի տասնյակ Կելվիններ ձգողականորեն անկայուն են` դրանք պետք է սեղմվեն։ Ընդ որում, էներգիայի մի մասը ծախսվում է նյութի տաքացման վրա Բայցևայնպես, գազը և փոշին այդ էներգիան արագորեն ինֆրակարմիր ճառագայթման են փոխակերպում, որն էլ ազատորեն լքում է գազափոշային ամպը։ Դա հանգեցնում է նրան, որ սեղմվող նյութի ջերմաստիճանը գրեթե չի փոփոխվում, այնինչ դրա խտությունը մեծանում է։ Եվ, վերջիվերջո, ըստ Ջինսի ձգողական անկայունության հայտանիշի, գազափոշային հսկայական ամպը սկսում է տրոհվել առանձին հատվածների, որոնք սեղմվում են` վերածվելով պրոտոաստղերի` ապագա աստղերի սաղմերի։

Սակայն որպեսզի պրոտոաստղը կարողանա շարունակել սեղմվել նաև հետագայում, այն պետք է անդադար կորցնի սեղմման ժամանակ անջատվող ջերմային էներգիան։ Այլապես նյութի ջերմաստիճանն այնքան կբարձրանա, որ գազի ճնշումը կխոչընդոտի սեղմմանը։ Որպես ջերմության հեռացման մեխանիզմ հանդես է գալիս փոշու և գազի մոլեկուլների ինֆրակարմիր ճառագայթումը։ Այդ ճառագայթումը պրոտոաստղից ազատ դուրս է գալիս` իր հետ տանելով ջերմային էներգիայի ավելցուկը։

Այսպիսով, պրոտոաստղերը հանդիսանում են ինֆրակարմիր ճառագայթման հզոր աղբյուրներ։ Հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ միջաստղային գազափոշային կուտակումներում առկա են ինֆրակարմիր ճառագայթման կոմպակտ աղբյուրներ։ Դրանք կոչվում են Հերբիգ-Հարո օբյեկտներ (հայտնի են 400-ից ավելի այդպիսի օբյեկտներ)։ Այդպես են կոչվել դրանց բացահայտող աստղագետների պատվին։ Ակնհայտ է, որ պրոտոաստղերը նաև H₂O և OH մոլեկուլների մազերային ճառագայթման աղբյուրներ կլինեն։

Վերջին 40 տարվա ընթացքում պրոտոաստղերի ֆիզիկական պարամետրերի փոփոխությունների մասին, ինչպես նաև սպեկտր-լուսատվություն դիագրամում դրանց էվոլյուցիոն ուղու մասին պատկերացումներն արմատապես վերանայվեցին։ Այս նույն ժամանակահատվածում էլեկտրոնահաշվողական մեքենաների օգնությամբ կատարելագործվեցին պրոտոաստղի շառավղի, մակերևութային ջերմաստիճանի և լուսատվության, ներքին կառուցվածքի բնութագրերի հաշվարկման մեթոդները։

Օրինակ, 50-ական թթ. կարծում էին, որ էվոլյուցիոն կորը, որով անցնում է պրոտոաստղը սպեկտր-լուսատվություն դիագրամում (Հերցեպրունգ-Ռասելի դիագրամ), սկսվում է պատկերի ներքևի աջ անկյունում, և որ պրոտոաստղի լուսատվությունը անընդհատ դանդաղորեն աճում է մինչև մուտքը գլխավոր հաջորդականություն։ Ընդ որում կարծում էին, որ աստղի ձգողական սեղման ժամանակ նրանում էներգիան միայն վերաճառագայթմամբ է տեղափոխվում։ Բայց 1961 թ-ին ճապոնացի աստղագետ Չ. Հայաշին բացահայտեց, որ եթե աստղը սեղմվում է որպես մեկ ամբողջություն, ապա էներգիան կենտրոնից մակերևույթ տեղափոխվում է կոնվեկցիայով։ 80-ական թթ. ապացուցեցին, որ իրականում գազափոշային ամպի մի մասը միայն սկզբնական փուլում է սեղմվում որպես մեկ ամբողջություն (ազատ անկման ռեժիմով)։

Հենց որ սկզբնապես միասեռ գազային գնդի կենտրոնական գոտում զգալի բարձր խտությամբ միջուկ է առաջանում, ապա դրա մոտ գտնվող տիրույթում ծանրության ուժի արագացումն աճում է և, համապատասխանաբար, աճում է պրոտոաստղի ներքին շերտերի անկման արագությունը։ Միջուկը սեղմվում է, իր զանգվածն անդադար աճում է, համապատասխանաբար աճում է նաև կենտրոնի ջերմաստիճանը։ Ձևավորման սկզբից մի քանի տասնյակ հազար տարի անց ջերմաստիճանն արդեն գերազանցում է 106 Կ արժեքը, այպես որ միջուկում սկսում է այրվել դեյտերիումը։ Էներգիան միջուկի ամբողջ նյութով տեղափոխվում է կոնվեկցիայով։ Բայց այս ամբողջ ճառագայթումը կլանվում է թաղանթի նյութի կողմից, որը շարունակում է ընկնել պրոտոաստղի արդեն իսկ ձևավորված սաղմի վրա։ Եվ միայն այն բանից հետո, երբ թաղանթի զանգվածի հիմնական մասն ընկնում է միջուկի վրա, իսկ մնացորդային մասը դառնում է թափանցիկ, մենք կարողանում ենք նկատել աստղի լույսը։ Միջուկը սեղմվում է այնքան ժամանակ, մինչև իր ջերմաստիճանը հասնում է այնպիսի արժեքների, որոնք բավարար են 4 պրոտոններից հելիումի սինթեզի ռեակցիաների համար։ Աստղի յուրաքանչյուր կետում ձգողականության ուժը հավասարակշռվում է ճնշման գրադիենտով, և սպեկտր-լուսատվության պատկերում աստղը` համապատասխան իր զանգվածին, որոշակի տեղ է գրավում գլխավոր հաջորդականությունում։

Այսպիսով, գլխավոր հաջորդականությունը սպեկտր-լուսատվություն պատկերում այն կետերի երկրաչափական տեղն է, որոնք համապատասխանում են այն աստղերին, որոնց խորքում ջրածինը հելիումի է վերածվում։

Հաշվարկները ցույց են տալիս, որ պրոտոարեգակի սեղմումը տևել է մոտ 25 մլն. տարի։ Այլ աստղերի դեպքում որքան մեծ է զանգվածը, այնքան փոքր է այդ ժամանակը։ 15m☼ զանգվածով պրոտոաստղը հասնում է գլխավոր հաջորդականությանը 60000 տարվա ընթացքում, իսկ m=0,5m☼ զանգվածով պրոտոաստղը` մոտ 150 մլն. տարում։

Բոլոր այս տվյալները տալիս են պրոտոաստղի զարգացման միայն ավելի կամ պակաս հնարավոր սխեմաներ։ Պատճառն այն է, որ դեռևս պարզ չէ, թե որքանով են ստույգ կոնվեկցիայով աստղի խորքերից էներգիայի տեղափոխումը նկարագրող մաթեմատիկական առնչությունները, պարզ չէ, թե ինչպես է ազդում աստղի էվոլյուցիոն ուղու վրա իր պտույտն իր առանցքի շուրջը, ինչպես նաև թե ինչ դեր է խաղում մագնիսական դաշտը, որը ծածկում է գազափոշային ամպը։ Պտույտի վերաբեր կարելի է ասել, որ այն, ակնհայտաբար, գլանաձև սիմետրիա է մտցնում։ Հաշվարկները, որոնք դեռևս ստիպված ենք կատարել որոշ պարզեցումների պարագայում, հնարավորություն են ընձեռում եզրակացնել, որ այն հատվածը, որն ի սկզբանե նկատելի պտույտ ունի, ժամանակի ընթացքում տափակում է պտույտի առանցքի ուղղությամբ։ Հետագա էվոլյուցիայի ժամանակ այդ հատվածը վերածվում է օղակի, որում տասնյակ հազարավոր տարիներ անց ձևավորվում են 2 տրամագծորեն հակադիր խտացումներ, որոնք այնուհետև աստղերի են վերածվում`կազմելով կրկնակի համակարգ։

Այն խտացումները, որոնք ձևավորվում են պրոտոաստղի կենտրոնական գոտում, կարող են ազատվել իրենց պտտական մոմենտից (փոխանցելով այն ամպի ծայրամասային հատվածներին) մագնիսական դաշտերի շնորհիվ, ինչպես նաև տուրբուլենտ շարժումների և շփման միջոցով։ Բայց այս պրոցեսները շատ քիչ են հետազոտված։

Եզրակացություն

Մենք դիտարկեցինք աստղերի էվոլյուցիայի, աստղերի թաղանթներում էներգիայի անջատման ու տարածման հարցերը։ Քննարկեցինք աստղերի էվոլյուցիայի ճանապարհները` կախված դրանց զանգվածից, և ներկայացրինք տարբեր աստղային համակարգերի էվոլյուցիայի վերջին փուլերը։ Մասնավորապես, դիտարկեցինք սերտ կրկնակի աստղային համակարգերի էվոլյուցիան, որոնցում հնարավոր է զանգվածի և էներգիայի փոխանակում։

Քննարկեցինք նաև աստղերի միջուկներում էներգիայի գեներացիայի եղանակները` կախված գլխավոր հաջորդականությունում դրանց գրաված դիրքից, և գեներացիայի զանազան ջերմամիջուկային ցիկլեր։

Ուսումնասիրված հարցերը նկարագրում են աստղի էվոլյուցիան ժամանակի ընթացքում։

Գրականություն

1. Воронцов-Вельяминов Б. А. Очерки о вселенной. 8-е изд. М.: Наука, 1980, 248 с.

2. Гиндилис Л.М. 1990. Андрей Дмиmриевич Сахаров и поиски внеземных цивилизаций // Земля и Вселенная. 1990. N 6. С. 63-67.

3. Ефремов Ю. Н. В глубины Вселенной. М.: Наука, 1984, 196 с.

4. Климишин И. А. Асmрономия наших дней. 3-е изд. М.: Наука, 1986, 286 с.

5. Климишин И. А. Оmкрыmие Вселенной. 2-е изд. М.: Наука, 1992, 248 с.

6. Климишин А. В. Асmрономия. М.: Наука, 1992., 237 с.

7. Шкловский И. С. Звезды: их рождение, жизнь и смерmь. 3-е изд. М.: Высшая школа, 1984, 342 с.