Полосатая спиралевидная структура 7 страница
На главной последовательности прибытие в точку В или С устраняет любую дальнейшую выработку энергии за счет гравитационного сжатия. Теперь каждая звезда вынуждена устанавливать температурное равновесие на основе выработки только атомной энергии. С этой целью она движется вниз или вверх от главной последовательности к точке, где рассеивание энергии за счет излучения пребывает в равновесии с производством энергии. Главная последовательность – это место, где звезды проводят большую часть последующего срока своей жизни. Установлено, что на ней пребывает около 95% наблюдаемых звезд (хотя следует понимать, что наблюдаемые звезды не представляют репрезентативную выборку звезд в целом). В целях удобства ссылки в последующем обсуждении мы будем обозначать звезды на эволюционных путях ОАВ или ОАС как класс А, а звезды, пребывающие на главной последовательности, как класс В. Звезды класса А и класса В совпадают с тем, что сейчас называются соответственно Популяцией II и Популяцией I. Причина переворота последовательности в том, что он помещает классы в правильный эволюционный порядок. Более юные звезды сейчас называются Популяцией II, им больше подходит классификация А.
В контексте процесса формирования звезд и скоплений, выведенного из постулатов, определяющих вселенную движения, вышеизложенное объяснение диаграммы ЦВ шаровых звездных скоплений очевидно, но астрономы не могут принять этот простой и логический взгляд на ситуацию. Они поступали так и раньше, но изменили свои идеи. Как констатирует один автор: “Современное знание вынудило совершить почти полный переворот данной точки зрения”. Он продолжает: “Это знание частично наблюдательное, частично теоретическое”. “Наблюдательными положениями, которые он цитирует, являются (1) “красные гиганты обычны в шаровых звездных скоплениях и эллиптических галактиках; известно, что эти системы обладают большим возрастом; в них формирование звезд прекратилось бессчетное количество лет назад”; (2) “представляется, красные гиганты не обнаруживаются в больших количествах в регионах туманностей Галактики, что они бы делали, если бы сформировались недавно из громадных облаков газа и пыли пространства”.2
|
|
|
Как легко можно видеть, так называемые “наблюдательные” положения, по существу, чисто теоретические. Их применение к положениям проблемы целиком зависит от превалирующих теорий формирования звезд и их возраста. Пока астрономы базировали свои выводы на свидетельстве из собственной сферы, они приходили к пониманию хода эволюции звезд шарового звездного скопления, очень похожего на тот, который сейчас мы выводим из СТОВ. Но стало очевидно, что данный вывод не согласуется с возражением физиков, что звездная энергия вырабатывается посредством процесса преобразования водорода (это и есть “современное знание”, цитированное выше). Это чистое допущение физиков является единственным основанием для допущения, что шаровые звездные скопления “известны как структуры старшего возраста”. У такого вывода отсутствует астрономическое основание. Но поскольку астрономы не хотят оспаривать допущения физиков, они вынуждены, как указано в вышеприведенной цитате, “полностью переворачивать” свои идеи, и приспосабливать свои теории к требованиям процесса водорода.
|
|
|
На этом основании звезды шаровых звездных скоплений являются старыми звездами. Очевидно, эволюционный путь должен начинаться в области О диаграммы, поскольку протозвезды обязательно разреженные и холодные. Обычно осознается, что красные гиганты шаровых звездных скоплений – звезды того же вида, что и протозвезды. Например, Шкловский признает, что массивные протозвезды на поздней стадии эволюции “обладают всеми характеристиками гигантских звезд”.3 Но поскольку сейчас астрономы рассматривают красные гиганты шаровых звездных скоплений как старые звезды, они не могут принять вывод, что красные гиганты являются идентичными объектами.
|
|
|
Вследствие неспособности признать идентичность астрономической теории сначала пришлось принять эволюционный процесс в виде протозвезд, а затем, после гипотетического пребывания на главной последовательности, вернуть их для другого рассмотрения как гигантских звезд. Тогда эти гиганты вынуждены проходить свой путь каким-то еще не объясненным способом, прямо из положения в области О диаграммы ЦВ в область ранних белых карликов, расположенную в диаметрально противоположном углу диаграммы. Как выразился Л. Х. Оллер в сдержанном высказывании классических пропорций: “Детали эволюции (гигантской звезды) неясны”.4
Если звезды шаровых звездных скоплений и карликовых галактик осознаются как относительно молодые объекты (следующий шаг после плотного пылевого облака или стадия протозвезды), необходимость в искажениях в теоретическом эволюционном пути устраняется. Инфракрасные протозвезды – это предшественники красных гигантов; они уже гиганты и пребывают на пути становления красными. Из холодного и разреженного состояния они следуют одному из двух альтернативных путей к гравитационному равновесию на главной последовательности.
|
|
|
После того, как звезда достигла гравитационного и температурного равновесия и пришла к стабильному состоянию, ее последующий путь зависит от окружения. Если окружение относительно свободно от пыли и газа, из-за нехватки тяжелых элементов звезда не может выработать достаточно энергии, для возмещения утерянной в результате излучения. В таком случае она медленно движется вниз главной последовательности к точке, где излучение понизилось достаточно для уравновешивания входа и выхода. Продолжается ли это движение достаточно долго для понижения температуры в центре ниже самого нижнего предела разрушения так, что звезда теряет свой энергетический запас и перестает быть звездой, или нет, еще не выяснено на нынешней стадии теоретического развития. Однако сейчас дела обстоят так: Представляется возможным, что любая совокупность, которой когда-то удалось обрести статус звезды на главной последовательности, будет оставаться звездой.
Непрерывное пополнение запаса тяжелых элементов посредством процесса построения атомов, описанного в томе 2, – важный фактор в данной ситуации. Он играет важную роль, несмотря на наличие значительного прироста, поскольку в наращиваемой материи имеется очень маленькая пропорция тяжелых элементов. Поскольку количество случаев построения атомов пропорционально массе совокупности, одного и того же количества случаев формирования тяжелых элементов, поддерживающего звездный статус более мелких звезд, достаточно для прибавления материи к запасу топлива большей звезды.
Автоматическое уменьшение количества излучения, происходящее в ответ на уменьшение выработки энергии, позволяет звезде приспосабливаться к широкой полосе условий окружающей среды. И поскольку изменения условий происходят только на крайне длительной временной шкале, многие звезды главной последовательности сохраняют приблизительно одинаковый паттерн температурного поведения в течение длительных периодов времени (к счастью для человеческой расы). Но приращение из окружающей среды играет очень важную роль в общей эволюционной картине, поскольку у шаровых звездных скоплений рост происходит полностью или почти полностью за счет оставшихся частей исходного до звездного облака пыли или газа. Также приращение материи происходит за счет любого окружения, в которое входят звезды после завершения консолидации исходной пыли или газа. Такое приращение обычно на стадиях пост шаровых звездных скоплений. Оно оказывает значительное влияние на многие астрономические феномены, что мы увидим на последующих страницах.
По причинам, которые будут обсуждаться в главе 8, приращение средней звезды во внешних регионах спиралевидной галактики превышает потери за счет излучения, поэтому такая звезда движется вверх по главной последовательности. Звезды в регионах большей концентрации пыли и газа развиваются еще быстрее; процесс еще больше ускоряется, когда звезды становятся более массивными, поскольку большие гравитационные силы притягивают материал из больших регионов пространства.
Когда масса звезд растет, соответственно повышаются температуры в центре и достигаются более высокие пределы разрушения, что позволяет дополнительным элементам служить топливом для процесса выработки энергии. Поскольку в регионе минимального приращения ни один из тяжелых элементов не присутствует в относительно большом количестве, дополнительного запаса топлива за счет достижения предела разрушения еще одного элемента не достаточно для того, чтобы вызывать любое значимое изменение в энергетическом балансе звезд в более низкой половине главной последовательности. По мере того, как звезды поднимаются в последовательности, степень приращения увеличивается, и благодаря соответствующему увеличению массы и общего энергетического содержания они способны поглощать большие колебания. Поэтому звезды главной последовательности относительно спокойные и не яркие, пока постепенно проходят свой эволюционный путь.
Химический состав звезд и распределение элементов внутри звезд - вопрос спорный. Но выводы, сделанные на основании принципов, установленных в период раннего развития теории, не конфликтуют с реальными наблюдениями; они конфликтуют с интерпретациями наблюдений. Хотя гравитационное разделение звездного материала, теоретически помещающее более высокую концентрацию более тяжелых элементов в центральное ядро, не совсем согласуется с современной астрономической мыслью, следует подчеркнуть, что такое разделение – обычный результат в жидкообразной среде, подвергающейся действию гравитационных сил. И теория, требующая наличия обычных условий, никогда не бывает неверной, даже если истинная ситуация наблюдательно неизвестна.
Более того, хотя выводы, сделанные о количестве тяжелых элементов, присутствующих внутри звезд, пребывают за пределами возможности прямого подтверждения, в последующем обсуждении Солнечной системы будет приведено твердое доказательство того, что внутренний состав звезд можно получить из побочных источников. Суть современных идей в том, что состав звезд почти полностью базируется на спектроскопической информации. Такие данные полезны, но обладают ограниченным применением, поскольку говорят лишь о том, какие условия превалируют во внешних регионах звезд. Даже с этой ограниченной точки зрения свидетельство действительно может быть обманчивым, поскольку на результаты спектроскопии значительно влияет характер материала, захватываемого в процессе приращения. Наблюдаемые различия в спектрах звезд, приписываемые изменениям в химическом составе, во многих случаях, возможно, говорят больше об окружении, в котором пребывают звезды на тот момент, чем об истинном составе самих звезд.
Например, наличие значительных количеств элементов, таких как технеций, во внешних регионах некоторых звезд представляет пугающую проблему, если мы рассматриваем его как реальное указание на состав звезд. Это вдвойне трудно для современной астрономической теории. Если технеций создается в регионах максимальной температуры в центре каждой звезды, в соответствии с превалирующим мнением, имеется серьезная проблема с объяснением, как этот материал поднимается на поверхность на фоне градиента плотности. Вот как комментирует это Л. Х. Оллер:
“Как звезда получает тяжелые элементы из сердцевины к поверхности, не взрываясь, – впечатляющий вызов теоретикам”.5
Шкловский рассматривает появление из центра как невозможное и утверждает, что “лишь ядерные реакции в поверхностных слоях звезд могут отвечать за присутствие линий технеция в спектре звезд типа S”.6 Но это просто заменяет один вопрос другим. Такая же сложная проблема – как в поверхностных слоях могут достигаться условия, необходимые для инициации атомных реакций. С другой стороны, содержание технеция на поверхности звезды легко объясняется на основании того, что наблюдаемые количества данного материала возникли из захваченного материала. Согласно открытиям тома 2, этот элемент стабилен, если уровень магнитной ионизации равен нулю, и относительно большие концентрации могут создаваться в областях, остающихся спокойными на протяжении долгих периодов времени.
Как указывалось раньше, постепенный и спокойный прогресс растущих звезд на главной последовательности происходит за счет относительно небольшого размера приращений энергии, возникающих из-за достижения пределов разрушения последовательно более легких элементов. При достижении предела разрушения никеля ситуация меняется, поскольку данный элемент присутствует и в звездах, и в межзвездной материи в количествах значительно больших, чем количество любого более тяжелого элемента. Тогда бы следовало ожидать, что достижение данного температурного предела привело бы к некоторому наблюдаемому усилению температурной активности вовлеченных звезд. Такая усиленная активность наблюдается у особого класса звезд, находящихся вблизи верха главной последовательности.
Звезды Вольфа-Рейе менее массивные, чем звезды класса О. Они занимают самый верх главной последовательности, но обладают почти одинаковой светимостью. Они связаны со звездами О в диске Галактики. Их главной отличительной характеристикой является очень неспокойное состояние в поверхностных слоях с испусканием материала, формирующего расширяющуюся оболочку вокруг каждой звезды. Такие особые условия ведут к наличию характерного спектра. Представляется вероятным, что звезда Вольфа-Рейе – это звезда, температура центра которой достигла предела разрушения никеля. Мы можем интерпретировать наблюдаемые характеристики как указание на то, что температурный предел выразился в росте производства энергии, который достаточно велик, чтобы создавать интенсивную внутреннюю активность и испускание материи из звезды, но недостаточно велик, чтобы вызвать крупномасштабный взрыв. На этом основании звезда остается в условиях Вольфа-Рейе до тех пор, пока не израсходует большую часть никеля. Затем она продолжает наращивать массу (возможно, захватывая большую часть испущенной массы) и возвращается к статусу О.
Вышеприведенные комментарии о звездах Вольфа-Рейе относятся только к звездам, известным как звезды Популяции I Вольфа-Рейе. Обозначение “звезда Вольфа-Рейе” также относится к некоторым центральным звездам планетарной туманности, но имеется небольшое оправдание для помещения данных двух групп в один и тот же класс. Эта проблема будет обсуждаться в главе 11.
Когда достигается температура, соответствующая пределу разрушения железа, ситуация в корне меняется. Этот элемент не ограничивается очень маленькими величинами или даже умеренными величинами, подобно содержанию никеля. Он имеется в концентрациях, представляющих существенную часть общей звездной массы. Внезапное достижение количества материи предела разрушения активирует источник еще большей энергии, чем звезда способна рассеять посредством обычного механизма излучения. Поэтому первичное высвобождение энергии из этого источника разрывает звезду посредством огромного взрыва.
Согласно современным оценкам, в звездах железа в 20 раз больше, чем никеля. Если количества никеля достаточно для приведения звезды на грань взрыва, как указывает поведение звезд Вольфа-Рейе, количества железа намного больше, чем требуется для создания взрыва. Таким образом, взрыв происходит сразу же после того, как первые порции этого элемента превращаются в энергию. Остаток, наряду с вышележащими более легкими материалами, рассеивается силами взрыва. Перенос материала из одного цикла в следующий позволяет количеству железа и никеля продолжать построение, поскольку возраст звезды увеличивается, в то время как более тяжелые элементы вынуждены начинать с отходов после взрыва, кроме ограниченных количеств элементов, близких к железу, которые избежали взрыва. Джордж Гамоу назвал эти количества “удивительной формой эмпирической кривой (изобилия элементов)”,7 существованием абсолютно других паттернов выше или ниже железа.
Взрыв, теоретически происходящий на пределе разрушения железа, согласуется с наблюдением, поскольку может отождествляться с наблюдаемым феноменом известным как сверхновая звезда типа I. Однако характеристики взрыва сверхновой звезды, выведенные из теории, в некоторых отношениях конфликтуют с современным астрономическим мнением. Один из конфликтов касается вида звезд, становящихся сверхновыми звездами типа I. Поскольку температура звезды – это функция ее массы, температурный предел, при котором происходит взрыв, является и пределом массы. Согласно нашей теории, звезды, достигающие температурного предела разрушения и становящиеся сверхновыми звездами типа I, - это горячие массивные звезды, и все они похожи друг на друга.
Астрономы признают наличие предела звездной массы. Поскольку на главной последовательности между звездной массой и температурой имеется осознанная связь, наличие предела массы влечет за собой наличие предела температуры, что и требуется теорией вселенной движения. Ни один из данных пределов не объясняется в терминах традиционной астрономической теории, и наблюдаемое прерывание в функции распределения массы явилось полной неожиданностью. Джастроу и Томпсон говорят: “Удивительно, но представляется вероятным наличие верхнего предела массы звезды”.8 Эти авторы установили предел около 60 солнечных масс. Другие наблюдатели повышают его до 100.
Также астрономы признают, что сверхновые звезды типа I очень похожи друг на друга. Следовательно, наблюдения подобных феноменов согласуются с нашими теоретическими открытиями. Кроме того, температурного предела можно достигать в любой галактике, поэтому сверхновые звезды типа I могут появляться во всех классах галактик. Согласно нашим открытиям, это единственный вид, который может возникать регулярно в эллиптических и мелких нерегулярных галактиках. Спирали, такие как наш Млечный Путь, и гигантские сфероидальные галактики содержат сверхновые звезды типа I и типа II, возникающие в результате разных видов взрыва звезд, которые мы будем детально обсуждать в главе 16. Как мы увидим, взрыв типа II – результат достижения предела возраста. За исключением того, когда какая-то блуждающая старая звезда захвачена молодой совокупностью, в молодых галактиках звезды не могут достигать предела возраста. Это объясняет наблюдаемое ограничение сверхновых звезд типа II лишь более старыми и большими галактиками. Таким образом, все, что мы знаем о сверхновых звездах типа I, полностью согласуется с теорией вселенной движения.
С другой стороны, наблюдения почти полностью не согласуются с традиционной астрономической теорией. Астрономы почти полностью озадачены феноменами сверхновых звезд. Большинство исследователей неохотно признают, что наталкиваются на стену, и пытаются описать ситуацию сомнительными терминами, такими как термины, взятые из недавнего доклада по одному аспекту сверхновых звезд: “Точный механизм, посредством которого звезды становятся сверхновыми, не известен”.9 В данном утверждении использование слова “точный” подразумевает, что общее поведение сверхновых звезд понято и упущены лишь детали. Но истина в том, что астрономам не с чем работать, кроме как с умозаключениями, и это признают некоторые более объективные наблюдатели. Например, Р. П. Киршнер соглашается, что предложенные “модели” возникновения сверхновых звезд – не более чем умозрительны, и прибавляет следующий комментарий:
“Цепь событий, ведущих к появлению сверхновой звезды типа I, более загадочна, чем цепь событий, ведущих к типу II, поскольку ожидается, что сверхновая звезда типа I – это взрыв звезды с массой равной массе Солнца. Поскольку такая звезда может комфортно устроиться как белый карлик, должно произойти нечто необычное, чтобы она взорвалась как сверхновая”.10
Это хороший пример проблем в астрономии, созданных допущениями физиков о природе процесса звездной энергии, возвышенными до статуса, превосходящего статус астрономических наблюдений. Как указывает Киршнер, сверхновые звезды типа I загадочны не потому, что о них мало известно, а из-за конфликта с наблюдениями по двум пунктам, “известным” из выводов, базирующихся на выработке энергии посредством процесса превращения водорода. Вывод о том, что звезда приблизительно с одной солнечной массой может “комфортно устроиться как белый карлик”, целиком и полностью зависит от статуса красных гигантов как старых звезд. Он, в свою очередь, основывается на допущении о природе процесса выработки энергии. Последующий вывод о “старых” красных гигантах, развивающихся в белых карликов, покоится на одинаково неоправданном допущении, что белые карлики старше, чем красные гиганты, и потому они должны быть развитием от одного к другому. Астрономическое свидетельство, опровергающее эти допущения, будет представлено в уместных местах на последующих страницах. Сейчас подчеркивается тот факт, что “загадка” Киршнера – просто конфликт между астрономическими наблюдениями и следствиями допущений физиков, которые астрономы принимают как евангелие.
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 202; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!