Происхождение и развитие звезд

      В поисках типа иррегулярности или неустойчивости, которая приводит к современной Вселенной, состоящей из галактик, астрономы исследовали много других видов неустойчивости, кроме гравитационных. Среди них – возможное отсутствие баланса вещества и антивещества, тепловые неустойчивости, флуктуации, связанные с ионизацией и ее зависимостью от температуры и вариации распределения заряда.

      Если предполагается из соображений  симметрии, что количество вещества  во Вселенной было равным и  равно сейчас количеству антивещества, то современное существование вещества и антивещества в изолированных облаках во Вселенной, естественно может быть результатом небольшого локального неравенства компонентов в ранней Вселенной после того, как вещество и антивещество отделились от излучения. Во время расширения Вселенной полная аннигиляция произойдет в тех областях, где количества вещества и антивещества равны, а там, где имеется избыток одного из них над другим, часть вещества или антивещества остается. Распределение вещества и антивещества будет клочковатым и сгустки будут сжиматься, образуя скопления галактик. Такая Вселенная в конце концов будет состоять из кусочков вещества и антивещества, расположенных в различных местах. В этом случае примерно половина видимых нами галактик будет состоять из антизвезд.

      Более вероятная гипотеза утверждает, что вначале количество вещества  немного превосходило количество  антивещества. Тогда большая часть  вещества должна была проаннегилировать с антивеществом на ранних космических фазах при высокой плотности, оставив купающуюся в лучах света Вселенную количеством вещества, как раз достаточным для образования галактик.

      Другой механизм, который мог  способствовать конденсации вещества, -- это тепловая неустойчивость. Области с немного повышенной плотностью остывают быстрее, чем их окружение. Более горячие окружающие регионы сильнее сжимают эти области, повышая их плотность. Таким образом, небольшое возмущение плотности может становиться все более неустойчивым.

      Согласно еще одной гипотезе, предложенной Георгием Гаммовым, гравитационные силы могут усиливаться «симулированной гравитацией», создаваемой в ранней истории Вселенной, как правило, затеняют друг друга от излучения и в результате испытывают действие силы, направленной от каждой частицы к другой частице. Эта сила, с которой частицы подвергаются действию друг друга, ведет себя по закону обратных квадратов, подобно силе тяготения. Можно, например, представить себе две частицы, разделенные небольшим расстоянием в богатом излучением поле. Частицы поглощают энергию фотонов поля излучения и поэтому находятся под влиянием сил, действующих в разных направлениях.

      После достижения индивидуальными  протогалактиками гравитационной выделенности через какую-либо форму неустойчивости в догалактическом газе они коллапсируют с образованием галактик значительно меньших размеров и с большими плотностями, оставляя промежуточное пространство почти пустым. Реальный процесс сжатия можно исследовать лишь при помощи теоретического моделирования. Еще не открыта галактика, о которой с уверенностью можно сказать, что она молода по сравнению с оценкой возраста Вселенной, и таким образом, нет объекта, наблюдаемого в стадии сжатия. Вместо этого надо исследовать те ключи к пониманию состояния среды до снижения, которые можно извлечь из современных характеристик галактик и из их прошлого, наблюдая объекты на больших расстояниях. Можно также подходить к этой проблеме, предлагая правдоподобные начальные условия и производя вычисления, чтобы посмотреть, можно ли прийти к реалистичной картине в результате сжатия исходной протогалактики начальные условия, с которых мы должны начинать эти вычисления, включают массу галактики, ее угловой момент, размеры, температуру, химические характеристики, магнитное поле и внутренние турбулентные движения.

      Рассмотрим простейшее начальное  состояние, в котором свойства  протогалактики таковы, что она  является холодной, полностью однородной  до плотности, совершенно сферической  и без турбулентных движений, магнитного поля и внешних  воздействий. Для объекта, сравнимого по массе с Млечным путем порядка 10¹¹ масс Солнца, такой набор начальных условий приводит к совершенно не остановимому коллапсу. Гравитационный потенциал такого объекта достаточно велик, чтобы никакой физический процесс не мог остановить его коллапс в массивную черную дыру, и вычисления показывают, что за короткое по космическому масштабу время такой объект исчезнет. Объект исчезает для внешнего наблюдателя и наблюдается лишь его гравитационное поле. Таким образом, простейшие начальные условия вообще не приводят к образованию галактики.

      Более разумный набор условий  следующий: в ходе одного из  рассмотренных выше процессов  газовое облако уже сжалось  до такой степени, что оно  стало устойчивым, несмотря на  расширение окружающей Вселенной. Для того чтобы сжатие было возможным, кинетическая, магнитная и гравитационная энергии должны быть соответствующим образом сбалансированы.  Начальные условия, необходимые для начала сжатия, следующие: скорость вращения должна быть мала – менее 40 км/с, температура – меньше 2^.10⁵ К и напряженность магнитного поля должна быть разумно мала – меньше 2^.10^-7 гаусс.

      Магнитная энергия, возрастающая  при сжатии облака, никогда не  превышает гравитационную энергию,  если она была меньше гравитационной энергии в начальный момент. В некоторый момент радиус облака становится достаточно малым, чтобы энергия вращения уравновесила гравитационную энергию – это определяет гравитационный предел. При другом критическом размере из газа конденсируются звезды и начинается быстрый переход от газового облака к галактике, состоящей из звезд. Окончательная судьба сжимающегося облака зависит от соотношения критических радиусов. В зависимости от того, какой из них наибольший, появляются три интересные возможности.

      Если наибольший радиус соответствует вращательному пределу, то сжатие останавливается вращением. Однако центробежные силы ограничены плоскостью вращения, так что сжатие в направлении, перпендикулярном этой плоскости, продолжается до образования тонкого диска. Этот диск выделяется формой и наличием вращения – это спиральная галактика. Для спиральных галактик характерно более индивидуальное поведение, они распределены во Вселенной более однородно и несколько шире распространены, чем галактики других типов. Какие причины могли к подобным различиям? В качестве одного из возможных механизмов ученые рассматривают слияние галактик. В процессе слияния двух галактик поначалу образуется объект совершенно неправильной формы. Но затем эти неправильности сглаживаются, и в результате образуется массивная галактика эллиптической формы. Процесс этот довольно быстрый (по космологическим масштабам, конечно), он занимает «всего» несколько сотен миллионов лет. Можно думать, что эллиптические галактики – продукт столкновений протогалактик в скоплениях, а спирали образовались вне скоплений. Такова одна из возможных точек зрения.

     Объект будет эллиптической галактикой в случае, если наибольшим становится конденсационный предел, звездообразование начинается до того, как эффекты вращения становятся важным фактором торможения сжатия. По мере роста плотности темпы звездообразования увеличиваются, и большая часть газа проходит через этот процесс.

      Интересно, что эллиптические  галактики не бывают сильно  сплюснуты. Это, по всей видимости, связанно с неустойчивостью вращающейся системы с большим значением сплюснутости. В результате такой неустойчивости может образоваться дискообразная структура, которая постепенно будет приобретать облик спиральной галактики. Подтверждением подобной точки зрения служит в известной мере наличие галактик класса SO. Это сильно уплощенные системы, занимающие промежуточное положение между спиральными и эллиптическими галактиками.

      В третьем случае, когда ни  вращательный, ни конденсационный предел не являются достаточно большими, чтобы остановить сжатие, облако уменьшается, пока не образуется сверхмассивный звездный объект, возможно, это будет черная дыра.

      После обретения галактикой формы  следующие стадии эволюции являются  медленными и гораздо менее эффектными.

      Звезды образуются, умирают и  выбрасывают богатое тяжелыми  элементами вещество, образующее  новые звезды. Галактика постепенно  тускнеет и краснеет, химический  состав ее звездного населения   медленно меняется по мере  обращения газа и пыли, из которых образуются последующие поколения звезд, тяжелыми элементами.

      Возможно, молодые галактики, все  еще богатые непереработанным  газом, были больше предрасположены  к подаче этого газа в центральные  ядра, чем это делают сейчас  старые галактики. Если там притаились черные дыры, то эти галактики скорее вспыхнут, как квазары или радиогалактики. Теперь, по-видимому, подобная исключительно бурная активность по большей части прекратилась.   
 
 
 
 
 
 
 

4. Заключение.

       Дальнейшее развитие науки покажет, какие из сегодняшних представлений о происхождении галактик и звезд окажутся правильными. Но уже теперь нет сомнения в том, что звезды, во- первых, подчиняясь законам природы, рождаются, живут и умирают, а не есть однажды созданные и вечно неизменные объекты Вселенной, и, во вторых, звезды рождаются группами, причем процесс звездообразования продолжается в настоящее время.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  используемой литературы: 

1. Найдыш  В.М. «Концепция современного естествознания». Издательство «Гороарики», г.Москва, 1999г.
2. Воронцов-Вильяминов Б.А. «Очерки о Вселенной». Издательство «Наука», г.Москва, 1976г.
3. Ходж П. «Галактики». Издательство «Наука», г.Москва, 1992г.
4. Силк Дж. «Большой взрыв». Издательство «Мир», г.Москва, 1982г.
5. Шкловский И.С. «Вселенная. Жизнь. Разум». Издательство «Наука», г.Москва, 1987г.