Строение и эволюция звезд

     Когда содержание водорода в ядре уменьшается  до 1%, расширение оболочек звезд с сменяется общим сжатием звезды, необходимым для поддержания энерговыделения. Сжатие оболочки вызывает нагрев водорода в слое, прилегающем к гелиевому ядру, до температуры его термоядерного горения, и возникает слоевой источник энерговыделения.

     Эволюция  звезд после выгорания водорода зависит от их массы. Важнейшим фактором, влияющим на ход эволюции звезд с, является вырождение газа электронов при больших плотностях. В вырожденном газе из-за большой плотности число квантовых состояний с малой энергией ограничено в силу принципа Паули, и электроны заполняют квантовые уровни с высокой энергией, значительно превышающей энергию их теплового движения. Важнейшая особенность вырожденного газа состоит в том, что его давление p зависит лишь от плотности. Давление газа электронов намного превосходит давление ионов. Отсюда следует принципиальный для эволюции звезд вывод: поскольку сила тяготения, действующая на единичный объем релятивистски (относящийся к физическим явлениям, наблюдаемым при скоростях тел, сравнимых со скоростью света) вырожденного газа, зависит от плотности так же, как и градиент давления, должна существовать предельная масса, такая, что при давлении электронов не может противодействовать тяготению и начинается сжатие. У звезд малых масс вырождение играет заметную роль уже в процессе образования гелиевых ядер.

     Второй  фактор, определяющий эволюцию звезд  на поздних стадиях, — это нейтринные потери энергии. В звездных недрах при T ~10⁸ важнейшая особенность нейтринов состоит в том, что вещество звезды для них практически прозрачно и нейтрины беспрепятственно уносят энергию из звезды.

     Гелиевое  ядро, в котором еще не возникли условия для горения гелия, сжимается. Температура в слоевом источнике, прилегающем к ядру, увеличивается, скорость горения водорода возрастает. Необходимость переноса возросшего потока энергии приводит к расширению оболочки, на что тратится часть энергии. Поскольку светимость звезды не изменяется, температура ее поверхности падает, и на Г.-Р.д. звезда перемещается в область, занимаемую красными гигантами. Время перестройки звезды на два порядка меньше времени выгорания водорода в ядре, поэтому между полосой ГП и областью красных сверхгигантов мало звезд. С уменьшением температуры оболочки возрастает ее прозрачность, вследствие этого появляется внешняя конвективная зона и возрастает светимость звезды.

     Отвод энергии из ядра посредством теплопроводности вырожденных электронов и нейтринных потерь у звезд с оттягивает момент загорания гелия. Температура начинает заметно расти лишь тогда, когда ядро становится почти изотермичным. Горение He определяет эволюцию звезд с момента, когда энерговыделение превышает потери энергии путем теплопроводности и излучения нейтрино. Это же условие относится к горению всех последующих видом ядерного топлива.

     Примечательная  особенность звездных ядер из вырожденного газа, охлаждаемых нейтринов, — это "конвергенция" — сближение треков, которые характеризуют соотношение плотности и температуры T_c в центре звезды. Скорость энерговыделения при сжатии ядра определяется скоростью присоединения вещества к нему через слоевой источник, которая зависит только от массы ядра при данном виде топлива. В ядре должен поддерживаться баланс притока и оттока энергии, поэтому в ядрах звезд устанавливается одинаковое распределение температуры и плотности. К моменту загорания ⁴He масса ядра в зависимости от содержания тяжелых элементов. В ядрах из вырожденного газа загорание ⁴He имеет характер теплового взрыва, т. к. энергия, выделяющаяся при горении, идет на увеличение энергии теплового движения электронов, но давление с ростом температуры почти не изменяется до тех пор, пока тепловая энергия электронов не сравняется с энергией вырожденного газа электронов. Тогда вырождение снимается и ядро быстро расширяется — происходит гелиевая вспышка. Гелиевые вспышки, вероятно, сопровождаются потерей звездного вещества. У шаровых звездных скоплений, где массивные звезды уже давно закончили эволюцию и красные гиганты имеют массы , звезды на стадии горения гелия находятся на горизонтальной ветви Г.-Р.д.

     В гелиевых ядрах звезд с газ  не вырожден, ⁴He загорается спокойно, но ядра также расширяются из-за возрастания T_c. У наиболее массивных звезд загорание ⁴He происходит еще тогда, когда они являются голубыми сверхгигантами. Расширение ядра ведет к уменьшению T в области водородного слоевого источника, и светимость звезды после гелиевой вспышки падает. Для поддержания теплового равновесия оболочка сжимается, и звезда уходит из области красных сверхгигантов. Когда ⁴He в ядре истощается, снова начинается сжатие ядра и расширение оболочки, звезда опять становится красным сверхгигантом. Образуется слоевой источник горения ⁴He, который доминирует в энерговыделении. Снова возникает внешняя конвективная зона. По мере выгорания гелия и водорода толщина слоевых источников уменьшается. Тонкий слой горения гелия оказывается термически неустойчивым, т. к. при очень сильной чувствительности энерговыделения к температуре теплопроводность вещества недостаточна для того, чтобы погасить тепловые возмущения в слое горения. При тепловых вспышках в слое возникает конвекция. Если она проникает в слои, богатые водородом, то в результате медленного процесса нейтронного захвата (s-процесса) синтезируются элементы с атомными массами от ²²Ne до ²⁰⁹B.

     Непрерывная потеря массы может дополняться  потерями, обусловленными неустойчивостью слоевого горения или пульсациями, что может привести к выбросу одной или нескольких оболочек. Когда количество вещества над углеродно-кислородным ядром становится меньшим некоторого предела, оболочка для поддержания температуры в слоях горения вынуждена сжиматься до тех пор, пока сжатие способно поддерживать горение; звезда на Г.-Р.д. смещается почти горизонтально влево. На этом этапе неустойчивость слоев горения также может приводить к расширению оболочки и потере вещества. Пока звезда достаточно горяча, она наблюдается как ядро планетарной туманности с одной или несколькими оболочками. Когда слоевые источники смещаются к поверхности звезды настолько, что температура в них становится ниже необходимой для ядерного горения, звезда охлаждается, превращаясь в белый карлик с , излучающий за счет расхода тепловой энергии ионного компонента его вещества. Характерное время охлаждения белых карликов ~ 10₉ лет. У звезд с электронный газ вырождается на стадии роста углеродно-кислородных ядер звезд. Как и в гелиевых ядрах звезд, из-за нейтринных потерь энергии происходит "конвергенция" условий в центре и к моменту загорания углерода в C,O-ядре . Загорание ₁₂C при таких условиях, скорее всего, имеет характер взрыва и приводит к полному разрушению звезды. Полного разрушения может не произойти, если . Такая плотность достижима, когда скорость роста ядра определяется аккрецией вещества спутника в тесной двойной системе.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Конечные  стадии эволюции 

     У звезд с могут, в принципе, в  центральной области последовательно  выгореть кислород, неон, магний, сера, кремний и образоваться ядро, состоящее из элементов группы железа — от Sc до Ni. Звезда приобретает структуру, подобную "луковице": "железное" ядро окружено многочисленными слоями из продуктов ядерного горения на предыдущих стадиях. После образования "железного" ядра, а в некоторых случаях и раньше, происходит гравитационный коллапс. В результате коллапса достигаются плотности , при которых энергетически выгодна нейтронизация вещества. При остановке коллапса у границы нейтронной звезды возникает ударная волна, которая, распространяясь наружу, вызывает сброс оболочки.

     Целый комплекс процессов, сопровождающих термоядерные взрывы в ядрах и гравитационный коллапс, еще не до конца ясен и  требует дальнейшего изучения. Это — кинетика ядерных реакций и догорание остатков ядерного топлива, которое в принципе может остановить коллапс, перенос энергии, нейтринные процессы, роль магнитных процессов и вращения, механизмы передачи энергии от ядра к оболочке. Тем не менее, можно утверждать, что явления, сопровождающие взрывное горение ¹²C и гравитационный коллапс массивных звезд удовлетворительно объясняют наблюдаемые вспышки сверхновых звезд II типа. Продукты взрыва — молодые нейтронные звезды. Причина вспышек сверхновых звезд I типа, которые происходят в звездных системах, где в настоящее время заканчивают эволюцию старые объекты с , все еще до конца не ясна.

     При взрывах сверхновых звезд происходит синтез тяжелых элементов, которые затем выбрасываются в межзвездное пространство вместе с элементами, синтезированными в ходе предшествующей эволюции. Это определяет важнейшее космологическое значение сверхновых звезд.

     В ходе эволюции в оболочке звезды могут  возникнуть условия, при которых зона частичной двукратной ионизации гелия способна при сжатии звезды поглощать энергию (она идет на ионизацию), а при расширении — высвобождать ее, поддерживая пульсации. Границы области, в которой действует этот механизм, определяют на Г.-Р.д. полосу нестабильности, в которую попадают многие типы пульсирующих звезд: цефеиды, звезды типа Щита, RR Лиры и др. Аналогичным образом зона неполной ионизации водорода может, вероятно, поддерживать неустойчивость долгопериодических переменных типа Миры Кита.  
 
 
 
 
 

     Заключение 

     Эволюция  звезд — изменение физических характеристик, внутреннего строения и химического состава звезд со временем.

     Современная теория эволюции звезд способна объяснить общий ход развития звезд и находится в удовлетворительном качественном и количественном согласии с данными наблюдений. В дальнейшем теория должна учесть влияние вращения и магнитные поля, роль которых может быть особенно важной в процессе образования звезд и на быстрых стадиях эволюции, таких, например, как взрывы сверхновых звезд. Особую проблему представляют эволюции звезд в тесных двойных системах, где на эволюцию влияет обмен веществом между компонентами.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  используемой литературы:

     1. Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Теория  тяготения и эволюция звезд. — М., 1971.

     2. Каплан С.А. Физика звезд. 3 изд. — М., 1977.

     3. На переднем крае астрофизики  (пер. с англ.). — М., 1979.

     4. Происхождение и эволюция галактик и звезд. — М., 1976.

     5. Шкловский И.С. Вселенная, жизнь,  разум. — М, 1977.

     6. Шкловский И.С. Звезды. Их рождение, жизнь и смерть. 2 изд. — М., 1977.