• Главная
• Дэвид Уилкок
• Статьи
• Книги
• Видео
• Другие авторы
• Ссылки
• Форум
• От переводчика   

Глава 4

Гигантский звездный цикл

До настоящего момента шаровые звездные скопления и их преемники интересовали нас как совокупности звезд. Сейчас мы обратим внимание на отдельные звезды, из которых состоят данные совокупности. Как мы видели в главе 1, звезды возникают в виде облака пыли и газа. Между пылевым облаком и звездой нет явной пограничной линии. Вплоть до сравнительно недавнего времени звезды могли обнаруживаться лишь посредством их излучения в видимой области, и это установило нижний предел – около 2500ºК. За последние несколько десятилетий созданы инструменты, значительно расширившие эту область. Сейчас наблюдаются звезды с нормальными характеристиками, с температурой поверхности около 1000ºК. Инфракрасные объекты природы определены пока не ясно, хотя сообщалось о звездах с температурой поверхности от 300 до 700ºК.

Посредством теоретического рассмотрения мы приходим к следующему выводу. В определенный момент, после того, как внутренность сжимающегося облака пыли и газа обрела высокую температуру с помощью гравитационной энергии, происходит относительно быстрый подъем температуры всей совокупности. При этом в центральных регионах достигается предел разрушения самых тяжелых элементов, и начинается превращение массы в энергию. Как объяснялось в томе 2, и температурная энергия материи в звезде, и энергия ионизации являются пространственными смещениями. И когда итог пространственных смещений достигает равенства с одним из временных смещений вращения атома, противоположные смещения нейтрализуют друг друга, а вращение переходит на линейную основу. Иными словами, и ионизация, и часть материи атомов превращаются в кинетическую энергию. Ввиду того, что все атомы полностью ионизированы еще до достижения температурного предела, и более тяжелые атомы способны обретать большую степень ионизации, чем легкие, количество температурной энергии, требующееся для приведения общего пространственного смещения к пределу, меньше для тяжелых элементов. Следовательно, ограничивающая температура обратно соотносится с атомной массой.

Создание нарастающе тяжелых элементов – это непрерывный процесс, который начинается с первичного входа примитивной материи из космического сектора. Поэтому дозвездное пылевое облако содержит маленькую пропорцию вновь сформировавшихся тяжелых элементов, наряду с содержанием тяжелых элементов, находившихся во фрагментах более старой материи, притянутой из окружения. Ввиду того, что вся структура облака жидкообразная, тяжелые элементы движутся к центру. Когда температура в центральных регионах повышается, легкие элементы достигают пределов разрушения и превращаются в энергию.

Активация второго источника энергии влечет за собой немедленное и значительное повышение температуры совокупности, чтобы создать достаточное излучение для достижения равновесия с большей выработкой энергии. Таким образом, это не постепенное повышение температуры совокупности от нуля межзвездного пространства до уровней звезд, а длительный период небольшого разогревания, за которым следует внезапный скачок к температуре инфракрасных звезд. Объекты, холоднее 1000ºК, обычно демонстрируют особые характеристики, отличающие их от обычных звезд, что затрудняет определенные выводы об их истинной природе.

Самые значимые эволюционные изменения, происходящие в звездах по мере их роста, можно показать на диаграмме, осями которой являются свечение (выраженное как величина) и измерение, представляющее температуру поверхности. В обычной форме диаграмма Герцшпрунга-Рассела, или диаграмма ГР, в качестве температурной переменной использовала спорную спектральную классификацию, но современная тенденция склоняется к использованию индекса цвета, что дает тот же результат. Возможно по историческим причинам учебники еще сохраняют диаграмму ГР, но сейчас наблюдатели в основном пользуются диаграммой “цвет - звездная величина” или диаграммой ЦВ.

На рисунке 3 показана диаграмма ЦВ шарового звездного скопления М 31. На этой диаграмме точки, представляющие величины, относящиеся к индивидуальным звездам, в основном укладываются в заштрихованную область. Указания мест, обозначенных О, А и С, прибавлены к традиционной диаграмме в целях настоящего обсуждения.

Масса, плотность и температура в центре звезд шарового звездного скопления связаны с переменными диаграммы ЦВ. И хотя они подвергаются модификации другими факторами так, что их невозможно точно представить на двумерной диаграмме, их можно расположить приблизительно Введение их в каркас диаграммы в целях отсчета обеспечивает понимание теоретического развития. В области диаграммы, занимаемой звездами шарового звездного скопления, трудно получить точные измерения величин. С. Дж. Инглис указывает, что “нет красного гиганта, массу которого мы знаем с любой степенью определенности”.[1] Но мы можем соотнести величины с эволюционным паттерном звезд, и, таким образом, получить приближения их величин.

Например, мы знаем, что линия ВС, главная последовательность, является местом гравитационного равновесия. Поэтому звезды на этой линии обладают приблизительно одинаковой плотностью. На самом деле, плотность в точке С больше, чем в точке В на коэффициент 3 или 4 из-за сжатия за счет большей звездной массы. Но поскольку плотности равновесия на главной последовательности в миллион раз больше, чем плотности ранних частей области О, разница между В и С незначительна на шкале диаграммы. Следовательно, в целях анализа мы можем рисовать линии, параллельные ВС и рассматривать их как линии равной плотности. Аналогично, линия АВ теоретически представляет условие постоянной массы. Далее теория указывает, что температуры в центрах определяются звездной массой. Поэтому линии, параллельные АВ, можно рассматривать как линии равной массы и температуры в центре. На основании объяснения линии АС, которое будет представлено на последующих страницах, эта линия представляет состояние, в котором конденсация пылевого облака почти однородной плотности продолжается со скоростью, определенной гравитационными силами. Мы можем назвать ее линией постоянного роста.

Рисунок 4 – это изображение диаграммы М 3 с линиями, представляющими прибавление других переменных. Эти линии указывают на соотношения нескольких переменных в разных местах диаграммы. Ссылка на паттерн данной иллюстрации поможет интерпретации диаграмм ЦВ, которые будут приводиться позже. Соотношения, представленные вспомогательными линиями на рисунке 4, относятся только к звездам типа шарового звездного скопления. Как мы увидим позже, соответствующие соотношения, например, линии равной массы, иные для других классов звезд. Этот факт до сих пор не осознан - оплошность, ответственная за многие ошибки в ортодоксальных интерпретациях диаграмм ЦВ.

Все звезды шарового звездного скопления конденсировались из одной и той же разреженной совокупности примитивного материала, но условия, влияющие на скорость конденсации, менялись. Поэтому эволюционные стадии звезд различны. Следовательно, на диаграмме ЦВ звезды кластера М 3 разбросаны согласно полосе эволюционного паттерна. Самые ранние из видимых звезд самые холодные, но по причине бесконечности области, из которой они излучаются, их светимость относительно высока. Поэтому эти звезды занимают места в верхней правой части диаграммы, в области, обозначенной (О). Оставшаяся часть данной главы предложит общее описание путей, которым следуют звезды, покидая эту область. Дальнейшие детали будут представлены в главе 8 после установления дополнительных основ.

Звезды шаровых звездных скоплений существуют в виде двух размеров. Огромное большинство – мелкие звезды, с массой, близкой солнечной или меньше. Оставшаяся часть состоит из звезд значительно большего размера. Последние мы можем определить как звезды, обладающие фрагментом досуществующего материала в качестве ядра для конденсации до звездного пылевого и газового облака. Звезды меньшего размера не имели такого преимущества. Включенные в звезды фрагменты обычно мелкие, поскольку взрывы, рассеивающих их в пространстве, были достаточно разрушительными, чтобы сводить большую часть исходной структуры до пыли, газа и мелких совокупностей. Рост звездной структуры следует тому же пути независимо от того, содержит ли она мелкие фрагменты или нет. Важное различие в том, что для роста частицы пыли в совокупность с размером фрагмента требуется очень долгий период времени. Поэтому дозвездная совокупность, с самого начала обладающая фрагментом, имела большое преимущество над той, которая была вынуждена строиться из частиц пыли; она способна устанавливать гравитационный контроль над протокластером большего объема. Таким образом, хотя звезды обеих групп почти похожи своими положениями в области (О), звезды группы с фрагментами обладают большим потенциалом для роста.

Запас газа и пыли, доступный для захвата, исчерпывается первой группой к тому времени, когда они достигают близости положения А. Затем звезды прекращают расти и больше не следуют курсом ОС. Вместо того они совершают резкий поворот и двигаются вниз с относительно крутым наклоном, достигая гравитационного равновесия на главной последовательности в точке В. На пути АВ гравитационное сжатие продолжается; но поскольку масса больше не увеличивается, температура в центре остается приблизительно постоянной. Уменьшение размера излучающей поверхности приводит к повышению температуры поверхности; одновременно повышение плотности увеличивает сопротивление потоку тепла из центра звезды к поверхности. Два противоположно направленных процесса почти уравновешивают друг друга, и итоговым результатом, включая влияние энергии, вложенное сжатием, является небольшое повышение температуры поверхности. Комбинация уменьшения излучающей поверхности и относительно небольшого изменения температуры приводит к быстрому уменьшению светимости.

При наличии информации о природе изменений, происходящих на пути ОАВ мелких звезд, видно, что звезды на пути ОАС подвергаются действию тех же факторов, кроме того, что имеет место непрерывное приращение материи и соответствующее повышение температуры в центре. В результате повышение температуры поверхности намного больше, чем на линии АВ; понижение светимости меньше, что приводит к почти горизонтальному движению на диаграмме ЦВ.

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]