Номер 4, страница 393 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

4. Что может остаться в конце эволюции массивной звезды?

В конце своей эволюции массивная звезда, масса которой на начальном этапе превышает примерно 8 масс Солнца ($M > 8 M_{\odot}$), испытывает катастрофические изменения. В отличие от звезд малой и средней массы, которые заканчивают свой жизненный путь как белые карлики, массивные звезды проходят через стадию горения тяжелых элементов вплоть до образования железного ядра.

Когда в ядре звезды накапливается железо, термоядерные реакции, выделяющие энергию, прекращаются, так как синтез элементов тяжелее железа требует затрат энергии. Ядро, лишенное источника энергии для поддержания давления, начинает сжиматься под действием собственной гравитации. Когда масса железного ядра превышает предел Чандрасекара (около $1.4 M_{\odot}$), оно коллапсирует. Этот гравитационный коллапс ядра происходит за доли секунды и приводит к мощнейшему взрыву, известному как вспышка сверхновой II типа. Внешние слои звезды сбрасываются в межзвездное пространство, обогащая его тяжелыми элементами.

Судьба оставшегося после взрыва центрального объекта (звездного остатка) зависит от его массы:

1. Нейтронная звезда
Если масса коллапсирующего ядра находится в диапазоне примерно от 1.4 до 2-3 масс Солнца (предел Оппенгеймера — Волкова), то гравитационный коллапс останавливается давлением вырожденного нейтронного газа. Атомные ядра разрушаются, и протоны сливаются с электронами, образуя нейтроны. В результате образуется нейтронная звезда — чрезвычайно плотный и компактный объект. При массе, превышающей массу Солнца, ее радиус составляет всего 10–20 км. Плотность вещества нейтронной звезды колоссальна: один кубический сантиметр весит сотни миллионов тонн. Некоторые нейтронные звезды быстро вращаются и обладают сильными магнитными полями, проявляя себя как пульсары.

2. Черная дыра
Если масса звездного остатка превышает предел Оппенгеймера — Волкова (примерно 3 массы Солнца), то никакая известная сила, включая давление вырожденных нейтронов, не способна противостоять гравитации. Коллапс становится неудержимым и продолжается до тех пор, пока весь объект не сожмется в точку с бесконечной плотностью — сингулярность. Вокруг этой точки образуется область пространства-времени, называемая черной дырой, которую не может покинуть ничто, даже свет. Граница этой области называется горизонтом событий.

Ответ: В конце эволюции массивной звезды, после вспышки сверхновой, в зависимости от массы ее ядра может остаться либо нейтронная звезда, либо черная дыра.