Рождение и эволюция звезд. Презентация на тему эволюция звезд Презентация на тему эволюция звезд по физике

Слайд 9

• молодая звезда пришла на главную последовательность диаграммы Г-Р
• начался процесс выгорания водорода - основного звездного ядерного топлива
• сжатие практически не происходит, и запасы энергии больше не изменяются
• медленное изменение химического состава в ее центральных областях, обусловленное превращением водорода в гелий

Звезда переходит в стационарное состояние

Слайд 10

График эволюции типичной звезды

Слайд 11

когда водород полностью выгорает, звезда уходит с главной последовательности в областьгигантовили при больших массах - сверхгигантов

Гиганты и сверхгиганты

Слайд 12

• масса звезды < 1,4 массы Солнца: БЕЛЫЙ КАРЛИК
• электроны обобществляются, образуя вырожденный электронный газ
• гравитационное сжатие останавливается
• плотность становится до нескольких тонн в см3
• еще сохраняет Т=10^4 К
• постепенно остывает и медленно сжимается(миллионы лет)
• окончательно остывают и превращаются в ЧЕРНЫХ КАРЛИКОВ

Когда все ядерное топливо выгорело, начинается процесс гравитационного сжатия.

Слайд 13

• Белый карлик в облаке межзвездной пыли
• Два молодых черных карлика в созвездии Тельца

Слайд 14

• масса звезды > 1,4 массы Солнца:
• силы гравитационного сжатия очень велики
• плотность вещества достигает миллиона тонн в см3
• выделяется огромная энергия – 10^45 Дж
• температура – 10^11 К
• взрывСверхновой звезды
• большая часть звезды выбрасывается в космическое пространство со скоростью 1000-5000 км/с
• потоки нейтрино охлаждают ядро звезды -

Нейтронная звезда

Происхождение и эволюция галактик и звезд Область звездообразования – туманность Ориона (М42), г Альнитак Альнилам

Модель звездообразования Радиус видимой части Вселенной – Метагалактики не может превышать расстояние, которое излучение проходит за время, равное возрасту Вселенной – 13,7±2 млрд. лет по современным представлениям. Следовательно галактики, родившиеся почти через 0,5 млрд. лет от Большого Взрыва, имеют возраст свыше 13 млрд. лет. Самые старые звезды с возрастом свыше 10 млрд. лет входят в состав шаровых звездных скоплений (население 2-го типа с низким содержанием элементов тяжелее Не). Скорее всего они образовались одновременно с галактиками. Шаровое звездное скопление М80 в созвездии Скорпиона в 8280 пк.

Возраст Вселенной и галактик а) Возраст нашей Галактики составляет 13,7 млрд.лет (точность 1%). б) Вселенная состоит из - 4% атомов видимого вещества; - 23% занимает темное вещество; - остальные 73% загадочная "антигравитация" (темная энергия), побуждающая Вселенную расширяться. Галактики начали образовываться через 100 млн.лет после Большого Взрыва и в последующие 3-5 млрд.лет сформировались и сгруппировались в скопления. Следовательно возраст самых старых эллиптических галактик около 14 млрд.лет. Первые звезды появляются через 1млн.лет после Большого Взрыва, следовательно должны иметься звезды с возрастом около 14 млрд.лет. 30 июня 2001 года с "Мыс Канаверал" стартовал астрономический аппарата НАСА "MAP" ("Microwave Anisotropy Probe") массой 840 кг и стоимостью 145 млн. $ и 1 октября 2001 года он достиг точки либрации L2 (гравитационного баланса между Солнцем, Землей и Луной), удаленной на 1,5 миллиона километров от Земли. Назначение КА - составить объемную картину взрыва и заглянуть в то время, когда еще не возникли звезды и галактики. WMAP: 1-балансировачные грузы системы точной стабилизации, 2-датчик системы навигации, 3-блок приемной электроники, 4- волновод, 5-всенаправленная антенна, 6- зеркало 1,4*1,6 м, 7-второй рефлектор, 8- охлаждение, 9-крепежная платформа, 10- электроника, 11-экран от солнечного света. С помощью космического аппарата НАСА WMAP собирающего сведения о фоновом микроволновом излучении, к 2006 году установлено:

Краткая история развития Вселенной ВремяТемператураСостояние Вселенной секБолее KИнфляционное расширение секБолее KПоявление кварков и электронов cек10 12 KОбразование протонов и нейтронов сек - 3 мин KВозникновение ядер дейтерия, гелия и лития 400 тыс. лет4000 КОбразование атомов 15 млн. лет300 KПродолжение расширения газового облака 1 млрд. лет20 KЗарождение первых звезд и галактик 3 млрд. лет10 K Образование тяжелых ядер при взрывах звезд млрд. лет3 KПоявление планет и разумной жизни лет10 -2 KПрекращение процесса рождения звезд лет KИстощение энергии всех звезд лет-20 K Испарение черных дыр и рождение элементарных частиц лет KЗавершение испарения всех черных дыр

Образование звезд Звезды образуются всегда группами (скоплениями) в результате гравитационной неустойчивости в холодных (Т=10К) и плотных молекулярных облаках массой не менее 2000 М. ГМО с массой более 10 5 М (известно более 6000) содержат до 90% всего молекулярного газа Галактики. Скопление холодного газа и пыли – глобула В68 (каталог Барнарда), фрагмент ГМО. Масса глобулы может достигать до 100 М Сжатию способствуют ударные волны при расширении остатков вспышек сверхновых, спиральные волны плотности и звездный ветер от горячих ОВ-звезд. Температура вещества при переходе от молекулярных облаков через фрагментацию облака (появление глоб) к звездам возрастает в миллионы раз, а плотность – в раз. Стадия развития звезды, характеризующаяся сжатием и не имеющая еще термоядерных источников энергии, называется протозвездой (греч. протос «первый»).

Эволюция звезд солнечного типа У образующейся протозвезды ядро втягивает все, или почти все вещество, сжимается и когда температура внутри превысит 10 млн.К, начинается процесс выгорания водорода (термоядерная реакция). Для звезд с M от самого начала прошло 60 млн.лет. На главной последовательности – самый продолжительный этап в жизни, звезды солнечного типа находится 9-10 млрд.лет. В прилегающем к ядру слое, как правило, остается водород, возобновляются протон-протонные реакции, давление в оболочке существенно повышается, и внешние слои звезды резко увеличиваются в размерах - звезда смещаться вправо – в область красных гигантов, увеличиваясь примерно в размере в 50 раз. В конце жизни, после стадии красного гиганта, звезда сжимается превращаясь в белый карлик, сбрасывает оболочку (до 30% массы) в виде планетарной туманности. Белый карлик продолжает слабо светиться еще очень долго, пока его тепло не израсходуется полностью, и он превратится в мертвого черного карлика. После того как звезда израсходует содержащийся в центральной части водород, гелиевое ядро начнет сжиматься, его температура повысится настолько, что начнутся реакции с большим энерговыделением (при температуре К начинается горение гелия - составляет по времени десятую часть горения Н).

Эволюция массивных звезд Сейчас известны два основных фактора, приводящие к потере устойчивости и коллапсу: = при температурах 5–10 млрд. К начинается фотодиссоциация ядер железа – «развал» ядер железа на 13 альфа-частиц с поглощением фотонов: 56 Fe + ? > 13 4 He + 4n, = при более высоких температурах – диссоциация гелия 4 He > 2n + 2p и нейтронизация вещества (захват электронов протонами с образованием нейтронов). Сброс оболочки звезды объясняют взаимодействием нейтрино с веществом. Распад ядер требует значительных затрат энергии, вещество теряет упругость, ядро сжимается, температура возрастает, но не так быстро, чтобы приостановить сжатие. Большая часть выделяемой при сжатии энергии уносится нейтрино. В результате нейтронизации вещества и диссоциации ядер происходит как бы взрыв звезды внутрь – имплозия. Вещество центральной области звезды падает к центру со скоростью свободного падения, втягивая последовательно все более удаленные от центра слои звезды. Начавшийся коллапс может остановиться упругостью вещества, достигшего ядерной плотности и состоящего в основном из вырожденных нейтронов (нейтронная жидкость). При этом образуется нейтронная звезда. Оболочка звезды приобретает огромный импульс и сбрасывается в межзвездное пространство со скоростью до км/с. При коллапсе ядер самых массивных звезд с массой более 30 масс Солнца имплозия ядра, по- видимому, приводит к образованию черной дыры. В звездах с массой больше 10M термоядерные реакции проходят в невырожденных условиях вплоть до образования самых устойчивых элементов железного пика (рис). Масса эволюционирующего ядра слабо зависит от полной массы звезды и составляет 2–2,5 M. 13 4 He + 4n, = при более высоких температурах – диссоциация гелия 4 He > 2n + 2p и нейтронизация вещества (захват электронов протонами с образованием нейтронов). Сброс оболочки звезды объясняют взаимодействием нейтрино с веществом. Распад ядер требует значительных затрат энергии, вещество теряет упругость, ядро сжимается, температура возрастает, но не так быстро, чтобы приостановить сжатие. Большая часть выделяемой при сжатии энергии уносится нейтрино. В результате нейтронизации вещества и диссоциации ядер происходит как бы взрыв звезды внутрь – имплозия. Вещество центральной области звезды падает к центру со скоростью свободного падения, втягивая последовательно все более удаленные от центра слои звезды. Начавшийся коллапс может остановиться упругостью вещества, достигшего ядерной плотности и состоящего в основном из вырожденных нейтронов (нейтронная жидкость). При этом образуется нейтронная звезда. Оболочка звезды приобретает огромный импульс и сбрасывается в межзвездное пространство со скоростью до 10 000 км/с. При коллапсе ядер самых массивных звезд с массой более 30 масс Солнца имплозия ядра, по- видимому, приводит к образованию черной дыры. В звездах с массой больше 10M термоядерные реакции проходят в невырожденных условиях вплоть до образования самых устойчивых элементов железного пика (рис). Масса эволюционирующего ядра слабо зависит от полной массы звезды и составляет 2–2,5 M.">
Последняя стадия эволюции звезд Крабовидная туманность - газовый остаток сверхновой с коллапсом ядра, взрыв которой наблюдался в 1054г. В центре - нейтронная звезда, выбрасывающая частицы, заставляющие газ светиться (голубой). Внешние волокна в основном состоят из водорода и гелия разрушенной массивной звезды. NGC 6543, Туманность Кошачий Глаз внутренняя область, изображение в псевдоцвете (красный Hα; синий нейтральный кислород, 630 нм; зелёный ионизированный азот, нм). Планетарные туманности образуются при сбросе внешних слоёв (оболочек) красных гигантов и сверхгигантов с массой 2.58 солнечных на завершающей стадии их эволюции. Рисунок: аккреционный диск горячей плазмы, вращающийся вокруг чёрной дыры

Cлайд 1

Cлайд 2

Cлайд 3

Cлайд 4

Cлайд 5

Cлайд 6

Cлайд 7

Cлайд 8

Cлайд 9

Cлайд 10

Cлайд 11

Cлайд 12

Cлайд 13

Cлайд 14

• Презентация

• Тема: Рождение и эволюция звезд

• Родкина Л. Р.

• Доцент кафедры электроники ИИБС

• ВГУЭС, 2009г.

• Рождение звезд

• Жизнь звезды

• Белые карлики и нейтронные дыры

• Черные дыры

• Гибель звезд

Цели и задачи

• Ознакомить с действием сил гравитации во Вселенной, которые приводят к образованию звезд.

• Рассмотреть процесс эволюции звезд.

• Дать понятие о пространственной скорости звезд.

• Охарактеризовать физическую природу звезд.

Рождение звезды

Рождение звезды

Рождение звезды

Жизнь звезды

Жизнь звезды

• Время жизни звезды зависит, главным образом, от ее массы. По теоретическим расчетам, масса звезды может варьировать от 0,08 до 100 солнечных масс.

• Чем больше масса звезды, тем быстрее выгорает водород, и тем более тяжелые элементы могут образоваться в процессе термоядерного синтеза в ее недрах. На поздней стадии эволюции, когда в центральной части звезды начинается горение гелия, она сходит с Главной последовательности, становясь, в зависимости от массы, голубым или красным гигантом.

Жизнь звезды

Жизнь звезды

Гибель звезды

Список литературы:

• Шкловский И. С. Звезды: их рождение, жизнь и смерть. - М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1984. - 384 с.

• Владимир Сурдин Как рождаются звезды – Рубрика «Планетарий», Вокруг Света, №2 (2809), Февраль 2008

Контрольные вопросы

• Откуда берутся звезды?

• Как они возникают?

• Поскольку время жизни звезд ограниченно, они должны и возникать за конечное время. Каким путем мы могли бы что-нибудь узнать об этом процессе?

• Нельзя ли увидеть в небе, как образуются звезды?

• Не являемся ли мы свидетелями их рождения?

Используемая литература

• Содержание

  • Рождение звезд
  • Жизнь звезды
  • Белые карлики и нейтронные дыры
  • Черные дыры
  • Гибель звезд
  Цели и задачи
  • Ознакомить с действием сил гравитации во Вселенной, которые приводят к образованию звезд.
  • Рассмотреть процесс эволюции звезд.
  • Дать понятие о пространственной скорости звезд.
  • Охарактеризовать физическую природу звезд.
  Рождение звезды
  • Космос часто называют безвоздушным пространством, полагая его пустым. Однако, это не так. В межзвездном пространстве есть пыль и газ, в основном, гелий и водород, причем последнего значительно больше.
  • Во Вселенной существуют даже целые облака пыли и газа, которые могут сжиматься под действием сил гравитации.
  Рождение звезды
  • В процессе сжатия часть облака будет нагреваясь уплотняться.
  • Если масса сжимающегося вещества достаточна для того, чтобы в процессе сжатия внутри него начали происходить ядерные реакции, то из такого облака получается звезда.
  Рождение звезды
  • Каждая "новорожденная" звезда, в зависимости от своей первоначальной массы, занимает определенное место на диаграмме Герцшпрунга-Рессела - графике, по одной оси которого отложен показатель цвета звезды, а по другой - ее светимость, т.е. количество энергии, излучаемой в секунду.
  • Показатель цвета звезды связан с температурой ее поверхностных слоев - чем ниже температура, тем звезда краснее, а ее показатель цвета больше.
  Жизнь звезды
  • В процессе эволюции звезды меняют свое положение на диаграмме "спектр-светимость", перемещаясь из одной группы в другую. Большую часть жизни звезда проводит на Главной последовательности. Справа и вверх от нее располагаются как самые молодые звезды, так и звезды, далеко продвинувшиеся по своему эволюционному пути.
  Жизнь звезды
  • Время жизни звезды зависит, главным образом, от ее массы. По теоретическим расчетам, масса звезды может варьировать от 0,08 до 100 солнечных масс.
  • Чем больше масса звезды, тем быстрее выгорает водород, и тем более тяжелые элементы могут образоваться в процессе термоядерного синтеза в ее недрах. На поздней стадии эволюции, когда в центральной части звезды начинается горение гелия, она сходит с Главной последовательности, становясь, в зависимости от массы, голубым или красным гигантом.
  Жизнь звезды
  • Но наступает момент, когда звезда на пороге кризиса, она уже не может вырабатывать необходимое количество энергии, для поддержания внутреннего давления и противостояния силам гравитации. Начинается процесс неудержимого сжатия (коллапс).
  • Вследствие коллапса образуются звезды с огромной плотностью (белые карлики). Одновременно с образованием сверхплотного ядра, звезда сбрасывает свою внешнюю оболочку, которая превращается в газовое облако - планетарную туманность и постепенно рассеивается в космосе.
  • Звезда большей массы может сжиматься до радиуса, 10 км, превращаясь в нейтронную звезду. Одна столовая ложка нейтронной звезды весит 1 млрд. тонн! Последняя стадия эволюции еще более массивной звезды - образование черной дыры. Звезда сжимается до таких размеров, при которых вторая космическая скорость становится равной скорости света. В районе черной дыры пространство сильно искривляется, а время замедляется.
  Жизнь звезды
  • Образование нейтронных звезд и черных дыр обязательно связано с мощным взрывом. В небе возникает яркая точка, почти такая же яркая, как галактика, в которой она вспыхнула. Это "Сверхновая звезда". Упоминания, встречающиеся в древних летописях о появлении на небе ярчайших звезд, это не что иное, как свидетельства коллосальных космических взрывов.
  Гибель звезды
  • Звезда теряет всю внешнюю оболочку, которая, разлетаясь с большой скоростью, через сотни тысяч лет без следа растворяется в межзвездном среде, а до этого мы наблюдаем ее как расширяющуюся газовую туманность.
  • Первые 20 000 лет расширение газовой оболочки сопровождается мощным радиоизлучением. В течение этого времени она представляет собой горячий плазменный шар, имеющий магнитное поле, удерживающее заряженные частицы высоких энергий, образовавшиеся в Сверхновой.
  • Чем больше времени прошло с момента взрыва, тем слабее радиоизлучение и ниже температура плазмы.