Номер 6, страница 201 - гдз по физике 9 класс учебник Изергин

Глава VI. Гравитация и Вселенная. Параграф 43. Звёзды и созвездия - номер 6, страница 201.

Условие.

6. Расскажите об эволюции звезды, масса которой сравнима с массой Солнца.

Решение.

Эволюция звезды, масса которой сравнима с массой Солнца, представляет собой долгий процесс, занимающий миллиарды лет и проходящий через несколько ключевых стадий.

1. Протозвезда

Жизненный путь звезды начинается в гигантском молекулярном облаке, состоящем из газа и пыли. Под действием гравитации в наиболее плотных участках облака начинается сжатие вещества, приводящее к образованию вращающегося газового шара — протозвезды. По мере сжатия потенциальная энергия переходит в тепловую, температура и давление в центре протозвезды растут. На этом этапе термоядерные реакции еще не происходят.

2. Звезда главной последовательности

Когда температура в ядре достигает примерно 10–15 миллионов Кельвинов, запускается термоядерный синтез — процесс превращения водорода в гелий. Для звёзд типа Солнца это происходит в рамках протон-протонного цикла: $4 \cdot {^1_1 H} \rightarrow {^4_2 He} + 2e^+ + 2\nu_e + \gamma$. Выделяющаяся при этом энергия создает давление газа, которое уравновешивает силу гравитации. Звезда достигает состояния гидростатического равновесия и вступает в самую длительную и стабильную фазу своей жизни — стадию главной последовательности. Наше Солнце сейчас находится на этой стадии и проведет на ней в общей сложности около 10 миллиардов лет.

3. Красный гигант

По исчерпании запасов водорода в ядре термоядерный синтез в нем прекращается. Лишенное источника энергии, гелиевое ядро начинает сжиматься под действием гравитации, что приводит к его разогреву. Температура становится достаточной для того, чтобы зажечь водород в слое, окружающем ядро. Это приводит к резкому увеличению светимости звезды. Ее внешние слои сильно расширяются и остывают, из-за чего звезда приобретает красный цвет и превращается в красного гиганта. Размеры звезды увеличиваются в сотни раз; Солнце на этой стадии поглотит внутренние планеты Солнечной системы.

4. Горение гелия в ядре

Сжатие ядра продолжается до тех пор, пока температура в центре не достигнет 100 миллионов Кельвинов. При этой температуре начинается новая реакция — синтез углерода из гелия (тройной альфа-процесс): $3 \cdot {^4_2 He} \rightarrow {^{12}_6 C} + \gamma$. У звёзд солнечной массы этот процесс начинается очень бурно и называется гелиевой вспышкой. После этого звезда на некоторое время стабилизируется, сжигая гелий в ядре.

5. Асимптотическая ветвь гигантов и планетарная туманность

Когда гелий в ядре также заканчивается, оно, состоящее теперь из углерода и кислорода, вновь начинает сжиматься. Вокруг ядра образуются два слоя термоядерного горения: гелиевый и водородный. Звезда снова расширяется, становясь ещё больше и ярче. На этой стадии, называемой асимптотической ветвью гигантов, звезда становится нестабильной и начинает интенсивно сбрасывать свои внешние оболочки в виде мощного звёздного ветра. Эти сброшенные оболочки ионизируются излучением горячего ядра и образуют светящуюся структуру — планетарную туманность.

6. Белый карлик и черный карлик

После того как внешние слои унесены в космос, от звезды остается только её бывшее ядро — очень горячий и плотный объект, называемый белым карликом. Он состоит из углерода и кислорода и удерживается от дальнейшего коллапса давлением вырожденного электронного газа. Термоядерные реакции в нем больше не идут. Белый карлик светится за счет оставшейся тепловой энергии, медленно остывая в течение миллиардов лет. Теоретически, полностью остыв, он превратится в холодный, невидимый объект — чёрный карлик. Однако времени, прошедшего с момента зарождения Вселенной, недостаточно для того, чтобы хотя бы один белый карлик успел остыть до такой степени.

Ответ:

Эволюция звезды с массой, сравнимой с солнечной, включает следующие стадии: формирование из газопылевого облака в протозвезду; долгая и стабильная жизнь на главной последовательности, в течение которой водород превращается в гелий; расширение до красного гиганта после исчерпания водорода в ядре; запуск горения гелия в ядре; повторное расширение и сброс внешних оболочек с образованием планетарной туманности; и финальная стадия в виде медленно остывающего белого карлика, который в отдалённом будущем станет чёрным карликом.