1-2 порядка выше средней. В этих облаках и образуются звезды.
Под влиянием различных внешних воздействий (например, магнитного поля или ударной волны), а также число случайно, в газопылевом облаке могут возникать локальные уплотнения. Силы гравитации стремятся сжать образовавшееся уплотнение, а давление газа препятствует этому. Сила гравитации пропорциональна линейному размеру уплотнения r, а сила давления обратно пропорциональна r. Ясно, что при некотором размере обе силы должны быть равны. Соответствующий размер называется критическим радиусом Джинса (или длиной волны Джинса). Он зависит от плотности, температуры и средней молекулярной массы среды. Если размер уплотнения больше критического радиуса Джинса, уплотнение будет сжиматься. Образующийся сгусток обладает определенным вращательным моментом, так как вещество, из которого он образуется, участвует в общем вращении Галактики. При сжатии скорость вращения возрастает, а это приводит к тому, что массивный сгусток не может сразу сжаться до большой плотности — под действием центробежной силы он разбивается на отдельные фрагменты, которые, в свою очередь, подвергаются фрагментации и т. д. Так, в процессе последовательной фрагментации образуются сгустки вещества с массой порядка массы звезд—это протозвезды. Примером такого газопылевого комплекса, в котором идет процесс звездообразования, является область вокруг известной туманности Ориона.
Рис. 2.1.19. Туманность Ориона. Она является частью гигантского газопылевого комплекса, в котором идет процесс звездообразования
В центре сжимающейся протозвезды плотность вещества выше, на периферии — ниже. Чем выше плотность, гем быстрее протекает сжатие; это, в свою очередь, увеличивает плотность и, следовательно, повышает скорость сжатия и т. д. В результате сжимающаяся протозвезда разделяется на два компонента: компактное ядро и протяженную оболочку. Вещество оболочки, притягиваясь к ядру, непрерывно выпадает на него и увеличивает его массу. Ядро при сжатии нагревается и излучает тепловую энергию. Такая протозвезда, состоящая из ядра и оболочки, наблюдается в виде источника инфракрасного излучения. Мы упоминали о подобных объектах в § 1.12, когда говорили о поисках сфер Дайсона.
Если сжимающаяся протозвезда вращается очень быстро, то на определенном этапе она разделяется на отдельные фрагменты — так образуются тесные двойные системы. Из более медленно вращающихся протозвезд образуются одиночные звезды. При определенных условиях оболочка протозвезды трансформируется в протяженный газопылевой диск, которому передается основная доля вращательного момента. Из такого диска затем формируются планеты. Известно, что в Солнечной системе 98 % вращательного момента приходится на долю планет и лишь 2 % на долю Солнца. Если бы весь момент количества движения принадлежал Солнцу, оно вращалось бы со скоростью 100 км/с на экваторе. С такой скоростью вращаются звезды главной последовательности ранних спектральных классов от O до F. Звезды более поздних спектральных классов от F5 до М имеют такую же, как у Солнца скорость вращения — порядка нескольких км/с. Важно отметить одно обстоятельство: у звезд главной последовательности при переходе от одного спектрального класса к другому все параметры звезды (масса, светимость, температура, радиус) меняются непрерывно, а вот скорость вращения ведет себя иначе. При переходе от звезд B0 к звездам F0 она медленно непрерывно уменьшается, но в районе спектрального класса F5 резко падает до значения нескольких км/с. Это может служить указанием на то, что у звезд спектральных классов от Р5 до М на определенном этапе эволюции сформировался протопланетный диск, которому была передана основная доля вращательного момента протозвезды. Если это так, то все звезды указанных спектральных классов должны иметь планетные системы. Поскольку протопланетный диск образуется на стадии формирования звезды, можно заключить, что образование планет происходит в едином процессе со звездообразованием. Наблюдения последних лет подтверждают этот вывод. Как уже отмечалось выше, планетные системы обнаружены у нескольких десятков звезд[105], причем все они имеют спектральные классы от F8 до М4.
Пока оболочка протозвезды непрозрачна, мы не видим находящуюся внутри ее формирующуюся звезду. Но по мере выпадения вещества оболочки на ядро и по мере формирования планет оболочка (или протопланетный диск) становятся прозрачными. В это время звезда наблюдается как звездообразный объект с нерегулярно изменяющейся светимостью. Считается, что к этой стадии относятся звезды типа Τ Тельца. Ядро протозвезды (будущая звезда) продолжает сжиматься, температура в центре его неуклонно возрастает. Когда она достигает нескольких миллионов градусов, в недрах ядра «загорается» водород: начинаются термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Выделяющаяся при этом энергия поддерживает высокую температуру 107 К; давление горячего газа уравновешивает силу тяготения, сжатие останавливается — протозвезда превращается в звезду. Момент начала термоядерных реакций и есть момент рождения звезды. На этом заканчивается первая стадия звездной эволюции — стадия образования звезды.
Вторая стадия связана с термоядерными реакциями, в которых ядерным горючим является водород. К этой стадии принадлежат все звезды главной последовательности (включая Солнце), поэтому ее можно назвать стадией главной последовательности. Начинается она с началом ядерных реакций; астрономы говорят, что в этот момент звезда вступает на главную последовательность. Знаменательно, что ядерным горючим на этой стадии является самый распространенный элемент во Вселенной. Надо признать, что Природа распорядилась здесь весьма разумно, ибо запасы этого горючего наиболее велики.
При сгорании водорода в недрах звезд главной последовательности образуется гелий. В результате цепочки ядерных реакций четыре ядра атома водорода (протона), соединяясь, образуют ядро гелия (гелий-4), состоящее из двух протонов и двух нейтронов, при этом выделяется энергия 4•10-5 эрг на одно образующееся ядро гелия[106]. У звезд с массой меньше 0,3 M⊙ температура в центре звезды недостаточна для образования гелий-4, здесь процесс завершается на образовании изотопа гелия 3Не.
Пока идут термоядерные реакции, звезда находится в устойчивом состоянии; все ее параметры: радиус, масса, светимость, температура остаются постоянными. На диаграмме Герцшпрунга-Рассела она занимает строго определенное место на главной последовательности. Положение звезды определяется ее массой. Массивные звезды имеют высокую светимость, они занимают верхнюю часть главной последовательности. Звезды малой массы имеют низкую светимость, они находятся в нижней части главной последовательности. Это красные карлики. Их масса заключена в пределах от 0,08 M⊙ до 0,3 M⊙ .
Звезд с массой меньше, чем 0,08 M⊙ не существует. Почему? Если масса протозвезды меньше 0,08 M⊙ , то в процессе сжатия температура в ее центре никогда не достигает величины, необходимой для начала ядерных реакций с участием водорода. Такое тело (его уже нельзя назвать протозвездой) сжимается до тех пор, пока его вещество не перейдет в состояние вырожденного газа, давление которого остановит сжатие. Это достигается при огромных плотностях, порядка 106 г/см3, радиус такого объекта будет порядка 3000 км. Вырожденный газ обладает
