Презентация Тема: Рождение и эволюция звезд. Презентация Тема: Рождение и эволюция звезд Ознакомить с действием сил гравитации во Вселенной, которые приводят к образованию звезд
Cлайд 1
Cлайд 2
Звезды Вселенная состоит на 98% из звезд. Они же являются основным элементом галактики. «Звезды – это огромные шары из гелия и водорода, а также других газов. Гравитация тянет их внутрь, а давление раскаленного газа выталкивает их наружу, создавая равновесие. Энергия звезды содержится в ее ядре, где ежесекундно гелий взаимодействует с водородом».
Cлайд 3
Жизнь звезд Жизненный путь звезд представляет собой законченный цикл – рождение, рост, период относительно спокойной активности, агония, смерть, и напоминает жизненный путь отдельного организма. Астрономы не в состоянии проследит жизнь одной звезды от начала и до конца. Даже самые короткоживущие звёзды существуют миллионы лет – дольше жизни не только одного человека, но и всего человечества. Однако учёные могут наблюдать много звёзд, находящихся на самых разных стадиях своего развития, - только что родившиеся и умирающие. По многочисленным звездным портретам они стараются восстановить эволюционный путь каждой звезды и написать её биографию.
Cлайд 4
Cлайд 5
Области звездообразования Области звездообразования. Гигантские молекулярные облака с массами, большими 105 массы Солнца (их известно более 6 000 в Галактике) Туманность Орел в 6000 световых лет от нас молодое рассеянное звёздное скопление в созвездии Змеи тёмные области в туманности - это протозвёзды
Cлайд 6
Туманность Ориона Туманность Ориона светящаяся эмиссионная туманность с зеленоватым оттенком и находится ниже Пояса Ориона можно видеть даже невооружённым глазом в 1300 световых лет от нас, а величиной в 33 световых года
Cлайд 7
Гравитационное сжатие Гравитационное сжатие Сжатие - следствие гравитационной неустойчивости, идея Ньютона. Позже Джинс определил минимальные размеры облаков, в которых может начаться самопроизвольное сжатие. Имеет место достаточно эффективное охлаждение среды: высвобождающаяся энергия гравитации идет на излучение инфракрасного диапазона, уходящее в космическое пространство.
Cлайд 8
Протозвезда Протозвезда При увеличении плотности облака оно становится непрозрачным для излучения. Начинается повышение температуры внутренних областей. Температура в недрах протозвезды достигает порога термоядерных реакций синтеза. Сжатие на какое-то время прекращается.
Cлайд 9
Стационарное состояние молодая звезда пришла на главную последовательность диаграммы Г-Р начался процесс выгорания водорода - основного звездного ядерного топлива сжатие практически не происходит, и запасы энергии больше не изменяются медленное изменение химического состава в ее центральных областях, обусловленное превращением водорода в гелий Звезда переходит в стационарное состояние
Cлайд 10
Cлайд 11
Гиганты и сверхгиганты когда водород полностью выгорает, звезда уходит с главной последовательности в область гигантов или при больших массах - сверхгигантов Гиганты и сверхгиганты
Cлайд 12
Гравитационное сжатие масса звезды < 1,4 массы Солнца: БЕЛЫЙ КАРЛИК электроны обобществляются, образуя вырожденный электронный газ гравитационное сжатие останавливается плотность становится до нескольких тонн в см3 еще сохраняет Т=10^4 К постепенно остывает и медленно сжимается(миллионы лет) окончательно остывают и превращаются в ЧЕРНЫХ КАРЛИКОВ Когда все ядерное топливо выгорело, начинается процесс гравитационного сжатия.
Cлайд 13
Карлики Белый карлик в облаке межзвездной пыли Два молодых черных карлика в созвездии Тельца
Cлайд 14
Масса звезды масса звезды > 1,4 массы Солнца: силы гравитационного сжатия очень велики плотность вещества достигает миллиона тонн в см3 выделяется огромная энергия – 10^45 Дж температура – 10^11 К взрыв Сверхновой звезды большая часть звезды выбрасывается в космическое пространство со скоростью 1000-5000 км/с потоки нейтрино охлаждают ядро звезды - Нейтронная звезда
На звездном небе наряду со звез- дами имеются облака, состоящие из частиц газа и пыли (водорода). Некоторые из них настолько плотные, что начинают сжиматься под действием сил гравитационного притяжения. По мере сжатия газ нагревается и начинает излучать инфракрасные лучи. На этой стадии звезда называется ПРОТОЗВЕЗДОЙ Когда температура в недрах протозвезды достигнет 10 миллионов граду- сов, начинается термоядерная реакция превращения водорода в гелий, при этом протозвезда превращается в обычную звезду, излучающую свет. Звёзды среднего размера, такие как Солнце, светятся в среднем 10 миллиардов лет. Считается, что Солнце все ещё на ней, так как оно находится в середине своего жизненного цикла.
Весь водород в ходе термоядерной реакции превращается в гелий, образуется гелиевый слой. Если температура в гелиевом слое меньше 100 миллионов Кельвинов, дальнейшая термоядерная реакция превращения ядер гелия в ядра азота и углерода не происходит, термоядерная реакция происходит не в центре звезды, а только в водородном слое, прилегающем к гелиевому слою, при этом температура внутри звезды постепенно увеличивается. Когда температура достигает 100 миллионов Кельвинов начинается термоядерная реакция в гелиевом ядре, при этом ядра гелия превращаются в ядра углерода, азота и кислорода. Светимость и размеры звезды увеличиваются, обычная звезда становится красным гигантом или сверхгигантом. Околозвездная оболочка звезд, масса которых не больше 1,2 массы Солнца, постепенно расширяется и в конце концов отрывается от ядра, а звезда превращается в белого карлика, который постепенно остывает и затухает. Если масса звезды примерно вдвое больше массы Солнца, то такие звезды в конце жизни становятся неустойчивыми и взрываются, становятся сверхновыми звездами, а затем превращаются в нейтронные звезды или черную дыру.
В конце своей жизни красный гигант превращается в белый карлик. Белый карлик – это сверхплотное ядро красного гиганта, состоящее из гелия, азота, кислорода, углерода и железа. Белый карлик сильно сжат. Радиус его составляет примерно 5000 км, то есть он по размерам примерно равен нашей Земле. При этом плотность его составляет около 4×10 6 г/см 3, то есть весит такое вещество в четыре миллиона больше, чем вода на Земле. Температура на его поверхности – 10000К. Белый карлик очень медленно остывает и остаётся существовать вплоть до скончания мира.
Сверхновой называется звезда в момент завершения своей эволюции в ходе гравитационного коллапса. Образованием сверхновой заканчивается существование звезд с массой выше 8-10 солнечных масс. На месте гигантского взрыва сверхновой остается нейтронная звезда или чёрная дыра, а вокруг этих объектов некоторое время наблюдаются остатки оболочек взорвавшейся звезды. Взрыв сверхновой звезды в нашей Галактике - явление довольно редкое. В среднем такое случается раз или два в сто лет, поэтому очень нелегко застать то мгновение, когда звезда испускает энергию в космическое пространство и вспыхивает в эту секунду как миллиарды звезд.
Экстремальные силы, возникающие при формировании нейтронной звезды, так сжимают атомы, что электроны, вдавленные в ядра, объединяются с протонами, образуя нейтроны. Таким образом рождается звезда, почти полностью состоящая из нейтронов. Сверхплотная ядерная жидкость, если ее принести на Землю, взорвалась бы, подобно ядерной бомбе, но в нейтронной звезде она устойчива благодаря огромному гравитационному давлению. Однако во внешних слоях нейтронной звезды (как, впрочем, и всех звезд) давление и температура падают, образуя твердую корку толщиной около километра. Как полагают, состоит она в основном из ядер железа.
Черные дыры Согласно нашим нынешним представлениям об эволюции звезд, когда звезда с массой, превышающей примерно 30 масс Солнца, гибнет со вспышкой сверхновой, внешняя ее оболочка разлетается, а внутренние слои стремительно обрушиваются к центру и образуют черную дыру на месте израсходовавшей запасы топлива звезды. Изолированную в межзвездном пространстве черную дыру такого происхождения выявить практически невозможно, поскольку она находится в разреженном вакууме и никак не проявляет себя в плане гравитационных взаимодействий. Однако, если такая дыра входила в состав двойной звездной системы (две горячих звезды, обращающихся по орбите вокруг их центра масс), черная дыра будет по-прежнему оказывать гравитационное воздействие на парную ей звезду.эволюции звезд В двойной системе с черной дырой вещество «живой» звезды будет неизбежно «перетекать» в направлении черной дыры. При подходе к роковой границе, засасываемое в воронку черной дыры вещество будет неизбежно уплотняться и разогреваться в силу учащения соударений между поглощаемыми дырой частицами, пока не разогреется до энергий излучения волн в рентгеновском диапазоне. Астрономы могут измерить периодичность изменения интенсивности рентгеновского излучения такого рода и вычислить, сопоставив ее с другими доступными данными, примерную массу объекта, «перетягивающего» на себя материю. Если масса объекта превышает предел Чандрасекара (1,4 массы Солнца), этот объект не может являться белым карликом, в которого суждено выродиться нашему светилу. В большинстве выявленных случаев наблюдения подобных двойных рентгеновских звезд массивным объектом является нейтронная звезда. Однако насчитано уже более десятка случаев, когда единственным разумным объяснением является присутствие в двойной звездной системе черной дыры.предел Чандрасекара
В ходе термоядерных реакций, протекающих в недрах звезды почти в течение всей её жизни, водород превращается в гелий. После того как значительная часть водорода превратится в гелий, температура в её центре возрастает. При увеличении температуры примерно до 200 млн. К ядерным горючим становится гелий, который затем превращается в кислород и неон. Температуры в центре звезды постепенно увеличивается до до 300 млн. К. Но даже при столь высоких температурах кислород и неон вполне устойчивы и не вступают в ядерные реакции. Однако через некоторое время температура удваивается, теперь она уже равняется 600 млн. К. И тогда ядерным топливом становится неон, который в ходе реакций превращается в магний и кремний. Образование магния сопровождается выходом свободных нейтронов. Свободные нейтроны, вступая в реакцию с этими металлами, создают атомы более тяжёлых металлов - вплоть до урана - самого тяжёлого из природных элементов.
Но вот израсходован весь неон в ядре. Ядро начинает сжиматься, и снова сжатие сопровождается ростом температуры. Наступает следующий этап, когда каждые два атома кислорода, соединяясь, порождают атом кремния и атом гелия. Атомы кремния, соединяясь попарно, образуют атомы никеля, которые вскоре превращаются в атомы железа. В ядерные реакции, сопровождающиеся возникновением новых химических элементов, вступают не только нейтроны, но также протоны и атомы гелия. Появляются такие элементы, как сера, алюминий, кальций, аргон, фосфор, хлор, калий. При температурах 2-5 млрд. К рождаются титан, ванадий, хром, железо, кобальт, цинк, и др. Но из всех этих элементов наиболее представлено железо.
Своим внутренним строением звезда теперь напоминает луковицу, каждый слой которой заполнен преимущественно каким-либо одним элементом. С образованием железа звезда оказывается накануне драматического взрыва. Ядерные реакции, протекающие в железном ядре звезды, приводят к превращению протонов в нейтроны. При этом испускаются потоки нейтрино, уносящие с собой в космическое пространство значительное количество энергии звезды. Если температура в ядре звезды велика, то эти энергетические потери могут иметь серьёзные последствия, так как они приводят к снижению давления излучения, необходимого для поддержания устойчивости звезды. И как следствие этого, в действие опять вступают гравитационные силы, призванные доставить звезде необходимую энергию. Силы гравитации всё быстрее сжимают звезду, восполняя энергию, унесённую нейтрино.
Как и прежде сжатие звезды сопровождается ростом температуры, которая в конце концов достигает 4-5 млрд. К. Теперь события развиваются несколько иначе. Ядро, состоящее из элементов группы железа, подвергается серьёзным изменениям: элементы этой группы уже не вступают в реакции с образованием более тяжёлых элементов, а распадаются с превращением в гелий, испуская при этом колоссальный поток нейтронов. Большая часть этих нейтронов захватывается веществом внешних слоёв звезды и участвует в создании тяжёлых элементов. На этом этапе звезда достигает критического состояния. Когда создавались тяжёлые химические элементы, энергия высвобождалась в результате слияния лёгких ядер. Тем самым огромные её количества звезда выделяла на протяжении сотен миллионов лет. Теперь же конечные продукты ядерных реакций вновь распадаются, образуя гелий: звезда оказывается вынужденной восполнить утраченную ранее энергию
К взрыву готовится Бетельгейзе (c араб. «Дом Близнеца») – красный сверхгигант созвездия Ориона. Одна из крупнейших среди известных астрономам звезд. Если ее поместить вместо Солнца, то при минимальном размере она заполнила бы орбиту Марса, а при максимальном - достигала бы орбиты Юпитера. Объем Бетельгейзе почти в 160 млн. раз больше солнечного. И она одна из самых ярких – ее светимость в раз больше солнечной. Возраст ее – всего, по космическим меркам, около 10 миллионов лет.И вот этот раскаленный гигантский космический «чернобыль» уже находится на грани взрыва. Красный гигант уже начал агонизировать и уменьшаться в размерах. За время наблюдения с 1993 по 2009 год диаметр звезды уменьшился на 15 %, а сейчас она просто сжимается на глазах. Астрономы НАСА обещают, что при чудовищном взрыве яркость звезды увеличится в тысячи раз. Но из-за дальнего расстояния световых лет от нас – катастрофа никак не затронет нашу планету. А итогом взрыва станет образование сверхновой звезды.
Как будет выглядеть это редчайшее событие с земли? Внезапно в небе вспыхнет очень яркая звезда.. Продлится подобное космическое шоу около шести недель, что означает более полутора месяцев «белых ночей» в определенных участках планеты, остальные люди насладятся двумя-тремя дополнительными часами светового дня и восхитительным зрелищем взорвавшейся звезды ночью. Через две–три недели после взрыва звезда начнет угасать, а через несколько лет окончательно превратится для земного наблюдателя в туманность типа Крабовидной. Ну а волны заряженных частиц после взрыва дойдут до Земли через несколько столетий, и жители Земли получат небольшую (на 4–5 порядков меньше летальной) дозу ионизирующего излучения. Но волноваться не стоит в любом случае - как заявляют ученые, угрозы для Земли и ее жителей нет, а вот подобное событие само по себе уникально - последнее свидетельство наблюдения взрыва сверхновой на Земле датировано 1054 годом.
Содержание
- Рождение звезд
- Жизнь звезды
- Белые карлики и нейтронные дыры
- Черные дыры
- Гибель звезд
- Ознакомить с действием сил гравитации во Вселенной, которые приводят к образованию звезд.
- Рассмотреть процесс эволюции звезд.
- Дать понятие о пространственной скорости звезд.
- Охарактеризовать физическую природу звезд.
- Космос часто называют безвоздушным пространством, полагая его пустым. Однако, это не так. В межзвездном пространстве есть пыль и газ, в основном, гелий и водород, причем последнего значительно больше.
- Во Вселенной существуют даже целые облака пыли и газа, которые могут сжиматься под действием сил гравитации.
- В процессе сжатия часть облака будет нагреваясь уплотняться.
- Если масса сжимающегося вещества достаточна для того, чтобы в процессе сжатия внутри него начали происходить ядерные реакции, то из такого облака получается звезда.
- Каждая "новорожденная" звезда, в зависимости от своей первоначальной массы, занимает определенное место на диаграмме Герцшпрунга-Рессела - графике, по одной оси которого отложен показатель цвета звезды, а по другой - ее светимость, т.е. количество энергии, излучаемой в секунду.
- Показатель цвета звезды связан с температурой ее поверхностных слоев - чем ниже температура, тем звезда краснее, а ее показатель цвета больше.
- В процессе эволюции звезды меняют свое положение на диаграмме "спектр-светимость", перемещаясь из одной группы в другую. Большую часть жизни звезда проводит на Главной последовательности. Справа и вверх от нее располагаются как самые молодые звезды, так и звезды, далеко продвинувшиеся по своему эволюционному пути.
- Время жизни звезды зависит, главным образом, от ее массы. По теоретическим расчетам, масса звезды может варьировать от 0,08 до 100 солнечных масс.
- Чем больше масса звезды, тем быстрее выгорает водород, и тем более тяжелые элементы могут образоваться в процессе термоядерного синтеза в ее недрах. На поздней стадии эволюции, когда в центральной части звезды начинается горение гелия, она сходит с Главной последовательности, становясь, в зависимости от массы, голубым или красным гигантом.
- Но наступает момент, когда звезда на пороге кризиса, она уже не может вырабатывать необходимое количество энергии, для поддержания внутреннего давления и противостояния силам гравитации. Начинается процесс неудержимого сжатия (коллапс).
- Вследствие коллапса образуются звезды с огромной плотностью (белые карлики). Одновременно с образованием сверхплотного ядра, звезда сбрасывает свою внешнюю оболочку, которая превращается в газовое облако - планетарную туманность и постепенно рассеивается в космосе.
- Звезда большей массы может сжиматься до радиуса, 10 км, превращаясь в нейтронную звезду. Одна столовая ложка нейтронной звезды весит 1 млрд. тонн! Последняя стадия эволюции еще более массивной звезды - образование черной дыры. Звезда сжимается до таких размеров, при которых вторая космическая скорость становится равной скорости света. В районе черной дыры пространство сильно искривляется, а время замедляется.
- Образование нейтронных звезд и черных дыр обязательно связано с мощным взрывом. В небе возникает яркая точка, почти такая же яркая, как галактика, в которой она вспыхнула. Это "Сверхновая звезда". Упоминания, встречающиеся в древних летописях о появлении на небе ярчайших звезд, это не что иное, как свидетельства коллосальных космических взрывов.
- Звезда теряет всю внешнюю оболочку, которая, разлетаясь с большой скоростью, через сотни тысяч лет без следа растворяется в межзвездном среде, а до этого мы наблюдаем ее как расширяющуюся газовую туманность.
- Первые 20 000 лет расширение газовой оболочки сопровождается мощным радиоизлучением. В течение этого времени она представляет собой горячий плазменный шар, имеющий магнитное поле, удерживающее заряженные частицы высоких энергий, образовавшиеся в Сверхновой.
- Чем больше времени прошло с момента взрыва, тем слабее радиоизлучение и ниже температура плазмы.
Слайд 2
Вселенная состоит на 98% из звезд. Они же являются основным элементом галактики.
«Звезды – это огромные шары из гелия и водорода, а также других газов. Гравитация тянет их внутрь, а давление раскаленного газа выталкивает их наружу, создавая равновесие.Энергия звезды содержится в ее ядре, где ежесекундно гелий взаимодействует с водородом».
Слайд 3
Жизненный путь звезд представляет собой законченный цикл – рождение, рост, период относительно спокойной активности, агония, смерть, и напоминает жизненный путь отдельного организма.
Астрономы не в состоянии проследит жизнь одной звезды от начала и до конца. Даже самые короткоживущие звёзды существуют миллионы лет – дольше жизни не только одного человека, но и всего человечества. Однако учёные могут наблюдать много звёзд, находящихся на самых разных стадиях своего развития, - только что родившиеся и умирающие. По многочисленнымзвездным портретам они стараются восстановить эволюционный путь каждой звезды и написать её биографию.
Слайд 4
Диаграмма Герцшпрунга-Рассела
Слайд 5
Области звездообразования.
Гигантские молекулярные облака с массами, большими 105 массы Солнца (их известно более 6 000 в Галактике)
Туманность Орел в 6000 световых лет от нас молодое рассеянное звёздное скопление в созвездии Змеи тёмные области в туманности - это протозвёзды
Слайд 6
Туманность Ориона светящаяся эмиссионная туманность с зеленоватым оттенком и находится ниже Пояса Ориона можно видеть даже невооружённым глазом в 1300 световых лет от нас, а величиной в 33 световых года
Слайд 7
Гравитационное сжатие
Сжатие - следствие гравитационной неустойчивости, идея Ньютона.
Позже Джинс определил минимальные размеры облаков, в которых может начаться самопроизвольное сжатие.
Имеет место достаточно эффективное охлаждение среды: высвобождающаяся энергия гравитации идет на излучение инфракрасного диапазона, уходящее в космическое пространство.
Слайд 8
Протозвезда
- При увеличении плотности облака оно становится непрозрачным для излучения.
- Начинается повышение температуры внутренних областей.
- Температура в недрах протозвезды достигает порога термоядерных реакций синтеза.
- Сжатие на какое-то время прекращается.
Слайд 9
- молодая звезда пришла на главную последовательность диаграммы Г-Р
- начался процесс выгорания водорода - основного звездного ядерного топлива
- сжатие практически не происходит, и запасы энергии больше не изменяются
- медленное изменение химического состава в ее центральных областях, обусловленное превращением водорода в гелий
Звезда переходит в стационарное состояние
Слайд 10
График эволюции типичной звезды
Слайд 11
когда водород полностью выгорает, звезда уходит с главной последовательности в областьгигантовили при больших массах - сверхгигантов
Гиганты и сверхгиганты
Слайд 12
- масса звезды < 1,4 массы Солнца: БЕЛЫЙ КАРЛИК
- электроны обобществляются, образуя вырожденный электронный газ
- гравитационное сжатие останавливается
- плотность становится до нескольких тонн в см3
- еще сохраняет Т=10^4 К
- постепенно остывает и медленно сжимается(миллионы лет)
- окончательно остывают и превращаются в ЧЕРНЫХ КАРЛИКОВ
Когда все ядерное топливо выгорело, начинается процесс гравитационного сжатия.
Слайд 13
- Белый карлик в облаке межзвездной пыли
- Два молодых черных карлика в созвездии Тельца
Слайд 14
- масса звезды > 1,4 массы Солнца:
- силы гравитационного сжатия очень велики
- плотность вещества достигает миллиона тонн в см3
- выделяется огромная энергия – 10^45 Дж
- температура – 10^11 К
- взрывСверхновой звезды
- большая часть звезды выбрасывается в космическое пространство со скоростью 1000-5000 км/с
- потоки нейтрино охлаждают ядро звезды -
Нейтронная звезда
Слайд 1
Слайд 2
Вселенная состоит на 98% из звезд. Они же являются основным элементом галактики.
«Звезды – это огромные шары из гелия и водорода, а также других газов. Гравитация тянет их внутрь, а давление раскаленного газа выталкивает их наружу, создавая равновесие. Энергия звезды содержится в ее ядре, где ежесекундно гелий взаимодействует с водородом».
Слайд 3
Жизненный путь звезд представляет собой законченный цикл – рождение, рост, период относительно спокойной активности, агония, смерть, и напоминает жизненный путь отдельного организма.
Астрономы не в состоянии проследит жизнь одной звезды от начала и до конца. Даже самые короткоживущие звёзды существуют миллионы лет – дольше жизни не только одного человека, но и всего человечества. Однако учёные могут наблюдать много звёзд, находящихся на самых разных стадиях своего развития, - только что родившиеся и умирающие. По многочисленным звездным портретам они стараются восстановить эволюционный путь каждой звезды и написать её биографию.
Слайд 4
Слайд 5
Области звездообразования.
Гигантские молекулярные облака с массами, большими 105 массы Солнца (их известно более 6 000 в Галактике)
Туманность Орел
в 6000 световых лет от нас молодое рассеянное звёздное скопление в созвездии Змеи тёмные области в туманности - это протозвёзды
Слайд 6
Туманность Ориона
светящаяся эмиссионная туманность с зеленоватым оттенком и находится ниже Пояса Ориона можно видеть даже невооружённым глазом в 1300 световых лет от нас, а величиной в 33 световых года
Слайд 7
Гравитационное сжатие
Сжатие - следствие гравитационной неустойчивости, идея Ньютона. Позже Джинс определил минимальные размеры облаков, в которых может начаться самопроизвольное сжатие.
Имеет место достаточно эффективное охлаждение среды: высвобождающаяся энергия гравитации идет на излучение инфракрасного диапазона, уходящее в космическое пространство.
Слайд 8
Протозвезда
При увеличении плотности облака оно становится непрозрачным для излучения. Начинается повышение температуры внутренних областей. Температура в недрах протозвезды достигает порога термоядерных реакций синтеза. Сжатие на какое-то время прекращается.
Слайд 9
молодая звезда пришла на главную последовательность диаграммы Г-Р начался процесс выгорания водорода - основного звездного ядерного топлива сжатие практически не происходит, и запасы энергии больше не изменяются медленное изменение химического состава в ее центральных областях, обусловленное превращением водорода в гелий
Звезда переходит в стационарное состояние
Слайд 10
Слайд 11
когда водород полностью выгорает, звезда уходит с главной последовательности в область гигантов или при больших массах - сверхгигантов
Гиганты и сверхгиганты
