Головні ери в історії Всесвіту
Сутність народження Всесвіту та початку епохи Великого об'єднання. Головна характеристика адронної, лептонної та радіаційної ери. Основоположні фактори походження речовини. Аналіз зірки, як гарячої газової кулі. Особливість кольору і довжини її хвилі.
Рубрика | Астрономия и космонавтика |
Вид | реферат |
Язык | украинский |
Дата добавления | 20.01.2015 |
Размер файла | 92,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ МАЛА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ЗАКАРПАТСЬКЕ ТЕРИТОРІАЛЬНЕ ВІДДІЛЕНЯ МАЛОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ
СЕКЦІЯ АСТРОНОМІЯ ТА АСТРО-ФІЗИКА
МАТАМАТИЧНІ ПАРАДОКСИ ТА СОФІЗМИ І ДОВЕДЕНЯ ЇХ ЗА ПРЕДЕКАТАМИ
Виконав:
Баторі Олександр
Олександрович
Учень 10-А класу
Вчитель фізики
Комарницька Оксана
Савівна
М. Ужгород 2014 р
Зміст
Вступ
1. До галактичні етапи еволюції всесвіту
2. Основні характеристики зірок
Висновки
Список літератури
Вступ
Велимкий вимбух (англ. Big Bang Theory) -- фізико-космологічна теорія, згідно з якою Всесвіт виник із надзвичайно щільного та гарячого стану приблизно 13,7 мільярдів років тому. Вона ґрунтується на екстраполяції в минуле факту розбігання небесних тіл за законом Габбла та на моделі Всесвіту, запропонованій Олексанром Фрідманом.
Основні процеси
Варто пам'ятати дві речі про народження Всесвіту: початковий стан було сильно конденсованим і гарячим, згодом же Всесвіт розширювався і охолоджувалася; матерія може бути створена з енергії у відповідності з рівнянням Ейнштейна. Нехай ці два моменти допоможуть нам пояснити Великий Вибух.
Розширення та охолодження
Коли ви стискаєте газ, він нагрівається. Адже та ж сама енергія повинна міститися в меншому обсязі, тому тепловий рух стає інтенсивніше. Однак, якщо стиснути газ досить сильно, то більше стиснути його не вийде - буде потрібно більше енергії, ніж ви зможете забезпечити. З Всесвіту ж такі обмеження не спрацьовують - якщо включити зворотний перемотування, то вона буде стискатися до розмірів галактики, зірки, планети, футбольного поля, атома, протона... І так буде тривати до т.зв. Планковской довжини 10-33 см, що на 18 порядків менше розмірів протона. Це найменша одиниця простору, при довжинах менше відомі закони фізики не працюють. Ми не знаємо, що було, коли Всесвіт був менше і чи була вона коли-небудь взагалі менше. ОТО передбачає, що Всесвіт може стиснутися до точки нульового розміру і нескінченної щільності, званої сингулярностью. Але це, ймовірно, означає, що в таких екстремальних умовах ОТО так само не буде працювати. Є підстави вважати, що Планка довжина - це дійсно найменша можлива довжина. Коли Всесвіт стиснулася до розмірів 10-33 см, її температура була близько 1032 К. На щастя для нас, вона не залишилася гарячою і щільною, а почала розширюватися і охолоджуватися.
Народження і знищення
Оскільки ми складаємося з речовини, ми і мислимо тими ж категоріями. Однак, речовина займаємо дуже малу частину простору - велика ж його частина порожня. У середньому на один квадратний метр припадає один атом. Але все це простір заповнений фотонами - рідкісними високоенергійними від космічного газу і зірок і ордами нізкоенергічних, що залишилися з часів народження Всесвіту. На кожен протон, нейтрон або електрон припадають мільйони фотонів - наслідок того, що в ранньому Всесвіті домінував світло, а не речовина. Сьогодні температура реліктового випромінювання достатньо низька - 2.7К. Що ж таке температура випромінювання ? Це легко пояснити, якщо уявити собі абсолютно чорне тіло, яке має той же спектр. У нашому випадку це АЧТ з температурою 2.7К. Нинішній фон настільки слабкий, що майже непомітний. Але так було не завжди - у часи Великого Вибуху ці фотони були настільки потужні, що створювали речовину. Два енергійних фотона стикалися, аннигилировали, і народжувалися частка і античастинка, наприклад електрон і позитрон. Звідси видно, що речовина і антиречовину народжувалися в рівних пропорціях. Рання Всесвіт представляла з себе суп з частинок, античастинок і фотонів, крім того, в ній було приблизна рівність між частинками (і античастицами ) і фотонами. Т.к. чим більше маси треба провести, тим більше потрібно енергії, то, чим далі ми занурюємося в минуле, тим більш важкі частинки можемо побачити. Наприклад Х- бозонів теорій Великого об'єднання, або, може бути, важких суперпартнеров суперсиметричних теорій.
1. До галактичні етапи еволюції всесвіту
Таблиця 1
Час після Великого Вибуху |
Характерні Температури (K) |
Характерні Відстані (см) |
Етап/Подія |
|
<10-43c |
>1032 |
<10-33 |
Квантовий хаос. супрсиметрія (обєднаня всіх взаємодій) |
|
10-43с |
1032 |
10-33 |
Планковська мить. Розділеня гравітаційної взаємодії |
|
10-43 - 10-36с |
1032-1028 |
10-33- 10-29 |
Велике обєднаня (електро-слабкого і сильної взаємо дій) |
|
10-36с |
1028 |
10-29 |
Кінець великого обєднаня. Розділеня Сильного і електро-слабкого взаємодій |
|
10-36 - 10-32 |
1028 - 1026 |
10-29-10-27 |
Інфляція виникненя асиметрії між мтерією і антиматерією |
|
10-10с |
1015 |
10-16 |
Кінець електроного обєднаня |
|
10-6 |
1013 |
10-14 |
Кварк- адроний фазовий перехід |
|
10-10-10-4с |
1015- 1012 |
10-16-10-13 |
Адрона ера. Народженя і анігіляція адронів |
|
10-4-10с |
1012-1010 |
10-13-10-10 |
Лептона ера. Народженя і анігіляція лептонів |
|
0.1-1с |
2Ч1010 |
10-11 |
Розєднаня нейтрино. Всесвіт стає Прозорим для нейтрино (антинейтрино) |
|
102-103с |
? 109 |
10-10-10-9 |
Дозірковий синтез гелія |
|
10с-1000 років |
1010-104 |
10-10-10-5 |
Радіаційна ера. Домініруваня випромінюваня над матерією |
|
1000 років |
1000 |
10-5 |
Початок ери матерії. Матерія починая домінувати над випромінюваням |
|
300 000 років |
3000 |
10-4 |
Розділеня матерії і випромінюваня. Всесвіт стає прозорим для випромінюваня. |
Народження Всесвіту
Планковська ера : від нуля до 10-43 с
На початку ... ми точно не знаємо, що сталося. Є теорії, що пояснюють, що відбувалося до 10-43 с - планковского часу. Це, безумовно, занадто короткий відрізок часу, щоб називатися ерою. Дійсно, ми навіть не знаємо, чи має сенс говорити про часових проміжках, менших планкосвкого часу. Єдине, що ми можемо з упевненістю сказати, до кінця планковской ери - планковские моменту, гравітаційна взаємодія відокремилося від інших трьох взаємодій, які були в т.зв. групі Великого об'єднання. Щоб описати, що відбувалося раніше ( якщо можна використовувати слово «раніше» ), нам потрібна квантова теорія гравітації. Можливо, SUSY - теорії або теорії струн якраз те, що ми шукаємо, але вони поки не отримали експериментального підтвердження. Поки залишимо планковские еру як маленький, але значний пробіл, який необхідно заповнити .
Характеристики:
с.
см .T = 1032 К.
Ера Великого об'єднання: 10-43 с - 10-35 с
У порівнянні з планковской ерою туман невідомості потихеньку розсіюється. Між 10-43 с і 10-35 с у Всесвіті діяли 2 сили - гравітація і сила Великого об'єднання. Тому це час і називається ерою Великого об'єднання. Ми не можемо сказати точно, які з теорій вірні, тому назва трохи вводить в оману, але ми можемо сказати, що або сильне, слабке і електромагнітне взаємодія були єдиним цілому, або теорії Великого об'єднання не вірні. У той час Всесвіт був дуже гарячий, хоча і остигала з 1032 К до 1029 К. Простір був заповнений газом з гравітонів і GUT - бозонів і не було ніякої відмінності між лептонами і кварками. Частинки повинні були представляти із себе якісь гібриди.
Характеристики: t = 10-43 - 10-35c ; T = 1032- 1029 K ; E = 1019-1016 ГеВ.
Інфляція: 10-35 - 10-32 с
Коли з моменту Великого Вибуху пройшло 10-35 с, Всесвіт охолов до 1029 К. У цей момент відбулося відділення сильної взаємодії від електрослабкої. Це порушення симетрії, ймовірно, відбувалося в різних частинах Всесвіту по- різному і з різними силами. Можливо Всесвіт розділилася на частини, які були відокремлені один від одного стінками - дефектами простору -часу. Там могли бути й інші дефекти, наприклад космічні струни або магнітні монополі. Але зараз ми всього цього не бачимо із-за іншого результату поділу GUT - сили - Інфляції. Коли сили розділилися, принаймні в деяких ( в тому числі і у всіх видимих ??нам ) частинах Всесвіту виник помилковий вакуум. Енергія застрягла на високому рівні, змушуючи простір подвоюватися кожні 10-34 с. Т.ч. сталося близько 100 подвоєнь - це величезна кількість. Всесвіт від квантових масштабів перейшла до розмірів апельсина. Одна з причин, чому ми так мало знаємо про Всесвіт до інфляції, полягає в тому, що інфляція дуже сильно її змінила або, як мінімум, ту частину, в якій ми живемо. Навіть якщо монополі або гібриди б існували в нашому регіоні до інфляції, то після неї вони порідшали б настільки, що виявити їх було б практично неможливо.
Адронний ера : 10-32- 10-4 с
Народження речовини : 10-32 - 10-10 с
Коли Всесвіт розширювався в результаті інфляції, вона швидко остигала. Коли інфляція закінчилася, енергія помилкового вакууму, яка була рушійною силою, стала виділятися і конденсуватися в нові частинки і античастинки. Т.к. сильне і електрослабку взаємодії розділилися, з'явилося два різних сімейства часток - кварки, які відчували сильну взаємодію, і лептони, які ні. Але нові частки не взаємодіяли так, як зараз. Електрослабка взаємодія все ще було єдиним цілим, тому було мало відмінностей між ароматами частинок - u і d, s і c, b і t кварки були більш-менш взаємозамінні, як і електрони і нейтрино в кожному з поколінь. Кварки розрізнялися за кольорами, але температура все ще була занадто висока, щоб вони об'єднувалися в адрони. До того ж частинки і античастинки могли стикатися і аннигилировать. На щастя було невелике порушення симетрії між речовиною і антиречовиною - приблизно 1 частинка на тисячу мільйонів, що зіграло важливу роль в подальшому.
Поділ електрослабкої взаємодії: 10-10 с
Наступне велике подія відбулася на 10-10 секунді життя Всесвіту - температура впала настільки, що електрослабку взаємодія розділилося на слабке і електромагнітне. При цьому фотони залишилися безмасовими, а W і Z бозони, а так само кварки і лептони, набувають масу. Т.ч. з'являються все 4 відомих нам взаємодії і все стає більш знайомим.
Формування адронів : 10-6 - 10-4 с
Починаючи з 10-6 с, з кварками сталися дві речі.
По-перше, Всесвіт охолов настільки, що тони почали піддаватися сильному взаємодії і об'єднуватися в безбарвні групи - адрони. Групи з трьох частинок називаються баріонами, а з пари частинка- античастинка - мезонами. Найлегші баріони - протон і нейтрон - з'явилися саме в цей час.
По-друге, енергія Великого Вибуху знизилася на стільки, що вже не могла компенсувати анігіляцію кварків і їх похідних. Тим не менш, вони продовжували стикатися і аннигилировать, поки не залишилася та сама 1 частинка на тисячу мільйонів, якої аннигилировать було ні з ким. Лептони ж продовжували поповнюватися, що забезпечило їм перевагу перед кварками.
Лептонний ера : 10-4 - 10с
На початку лептони ери речовина складалося з небагатьох протонів і нейтронів, оточених морем лептонів. Але, т.к. Всесвіт продовжувала остигати, настав момент, коли енергії нейтрино перестало вистачати для народження пар лептон - антілептон. Т.ч. відбулося відділення нейтрино. Нинішня температура цих реліктових нейтрино 1.9К і їх ще складніше виявити, ніж реліктові фотони. Слідом за цим залишилися ТАОН і мюони розпадалися в електрони, які продовжували аннигилировать з позитронами, поки не залишився той самий дефект, створений при інфляції. Т.к. повний заряд Всесвіту зберігається - кількість електронів було дорівнює кількості залишилися протонів. А електронні нейтрино приєдналися в своїм родичам. Через те, що нейтрон трохи важче протона, процес перетворення його в протон домінував над зворотним. В результаті цього, до закінчення лептони ери протонів стало приблизно в п'ять разів більше, ніж нейтронів. А всього на одну частку речовини доводилося по мільярду фотонів, які все ще були досить енергійними за нашими мірками. Так почалася радіаційна ера.
Радіаційна ера
Радіаційна ера почалася дві -три хвилини до 300000 років після Великого вибуху, з процесу, відомого як нуклеосинтеза. Це було, коли ядра гелію (насправді всі ядра гелію у Всесвіті ) були сформовані з протонів. Так що це перший запуск атомного королівства.Протони реагують з іншими протонами, щоб створити дейтронів. Температура була знизилася до приблизно мільярда градусах Кельвіна. При цій температурі дейтерію (важкого ядра водню, 2H ) стійко. Це дозволило майже всі нейтронів і один з семи протонів в нейтрон, щоб перетворитися в дейтерію. Дейтерію швидко відреагували з деякими з решти нейтронів і протонів для формування ядра гелію (спочатку під назвою альфа -частка ), що складається з двох протонів і двох нейтронів, 4Не. Це дає співвідношення кількості протонів до 1 березня нейтрона. Приблизно один з 10 тисяч ядер дейтерію втік з перетворюються в ядра гелію і приблизно один з 10 тисяч ядер гелію залишався атомною масою 3 ізотопу, 3He. Це те ж саме ставлення, яке міститься в зірках сьогодні, ( для більш важких елементів, вироблених пізніше винятком), який говорить на користь теорії Великого Вибуху.Для іншої частини радіаційної ери (період 300000 років) Всесвіт залишалася повної іонізації і продовжує розширюватися. Вся всесвіт був плазма вільно рухаються протонів, нейтронів і електронів, як і кожен знаходить у зірок сьогодні. Плазма, вважається четвертий стан речовини (після твердого, рідкого і газу) цей стан заряджених іонів ( ядер атомів) і електронів ; з фотони розсіяння від них і reionized -яких атомів, що склалися. Там немає атоми як нормально існувати - тобто електрони orbitting ядро, бо спека настільки велика, що будь-які електрони автоматично відкидаються.У ході радіаційної ери тому вся всесвіт був як однієї гігантської зірки, тисячі світлових років у поперечнику. У цей період Всесвіт був в тепловій рівновазі, і непрозора для випромінювання. Будь-яке випромінювання поглинається всіх вільних електронів проноситися навколо. всесвіт ера речовина зірка
Походження речовини. Куди поділося величезна кількість антиречовини ? Адже на початкових етапах еволюції Всесвіту кількість речовини дорівнювала кількості антиречовини. Це питання дуже важливе, тому що саме з речовини, що залишилося після завершення раннього ( гарячого ) етапу розвитку Всесвіту, надалі утворилися галактики, сверхгалактікі і зірки, розвинулися нові форми матерії, з'явилося життя. Ми маємо в своєму розпорядженні наступними фактами про нинішній стан Всесвіту:
1. У Всесвіті практично немає антиречовини (співвідношення антиречовини і речовини не перевищує 10-4 ). Одиничні антипротони реєструють в космічних променях.
2. Кількість речовини у Всесвіті ~ 1055
3. Ця речовина по масі з точністю до 10-3 складається з найлегших баріонів - нуклонів, причому відношення числа нуклонів nN до числа реліктових фотонів nг наступне
nN/n? 10-9
Ця баріонна (нуклонів) компонента Всесвіту на 75 - 80% складається з протонів і на 20 - 25% з нейтронів, що знаходяться головним чином у зв'язаному стані в атомних ядрах. 4. З електричної нейтральності Всесвіту в цілому випливає, що відношення концентрації електронів nе до концентрації реліктових фотонів n? те ж, що і для нуклонів, тобто.
nе/nг 10-9.
Відносини ( 43 ) і ( 44 ) не повинні залежати від часу в адіабатично і изотропно розширюється Всесвіту. Сучасні концепції виходять з того, що Всесвіт народився з квантовими числами вакууму, тобто електрично нейтральна і мала сумарний баріонів заряд, рівний нулю. Баріонна асиметрія Всесвіту виникла на самих ранніх етапах розвитку Всесвіту, в умовах високих енергій ( температур). Повернемося до кінця адронной ери ( 10-4 с після Великого Вибуху ). У цей момент інтенсивно народжувалися і аннигилировали якнайлегші баріон - антібаріонов пари. Їх щільність була порівнянна з щільністю фотонів. При стрімкому розширенні і охолодженні Всесвіту народження нуклон - антінуклонов пар вже не компенсувало їх анігіляцію і число баріонів ( антібаріонов ) швидко зменшувалася, поки не стабілізувався на деякому значенні, коли різко впав за рахунок сильного розрядження темп анігіляції перестав впливати на відношення концентрації баріонів n? і n? фотонів. Виявляється, що це відношення стабілізується на рівні:
n?/n?10-9
що на багато порядків нижче спостережуваного значення 10-9. У 1967 р. Сахаровим була висунута гіпотеза, про те, що експериментальне значення обговорюваного відносини 10-9 є наслідком незначного переважання нуклонів над антинуклонами ( 109 + 1) / 109, що виник в результаті незбереження баріонів заряду і порушення CP - інваріантності. Необхідною умовою збереження цього баріонного надлишку має бути тимчасовий вихід Всесвіту з рівноважного стану в процесі її розширення. У міру подальшого охолодження Всесвіту антиречовину анігілював з речовиною за винятком незначного залишку 10-9, який і послужив матеріалом для подальшої еволюції. Цей незначний дисбаланс ( 10-9 ) між баріонами і антібаріонов (і взагалі між ферміонами і антіферміонамі ) обчислюється в рамках сучасних теорій Великого Об'єднання, доповнених моделлю Великого Вибуху. Згідно з таким підходом обговорюваний дисбаланс виник в дуже короткочасний інтервал через 10-36 с після Великого Вибуху, коли типові енергії частинок і температура ( ~ 1015 ГеВ, 1028 K ) були ще достатні для народження переносників сил Великого Об'єднання - X, Y - бозонів і їх античастинок. Ці частинки беруть участь в кварк- лептонних переходах, не зберігаються ні баріонний, ні лептонний заряд. Вони відповідальні за можливу нестабільність протона. X іx, Y іyв силу CPT - теореми мають однакові повні ширини розпаду, але окремі ( парціальні ) їх розпади можуть відбуватися з порушенням CP - інваріантності, подібно до того як це має місце у розпаді нейтральних K - мезонів. Порушення CP - симетрії гарантує появу ферміон - антіферміонной асиметрії за умови, що система вийшла з теплового рівноваги. У міру розширення Всесвіту відразу після Великого Вибуху її щільність і температура стрімко падали і вона могла вийти зі стану теплового рівноваги. Розрахунки показують, що це могло відбуватися в кінці епохи Великого Об'єднання, коли Всесвіт був схильна надзвичайно швидкого ( експоненціально залежному від часу) розширенню. Таке експоненціальне " роздування " Всесвіту називають інфляцією. Інфляція завершується до 10-32 - 10-33 с, після чого Всесвіт повертається до звичайного темпу розширення. При подальшому охолодженні (коли температура падає нижче 1027 K ) X, Y - бозони і їх античастинки швидко зникають, розпадаючись на інші частинки. Теплове рівновагу відновлюється. Але виникла ферміон - антіферміонная асиметрія вже не може зникнути і зберігається до наших днів. Передбачають при цьому відношення числа нуклонів (і електронів ) до числа фотонів виявляється добре согласующимся із спостережуваним значенням 10-9.
2. Основні характеристики зірок
Зірка - це гарячий газова куля, розігрівали за рахунок ядерної енергії і утримуваний силами тяжіння. Основну інформацію про зірок дає випускається ними світло і електромагнітне випромінювання в інших областях спектра. Головними факторами, що визначають властивості зірки, є її маса, хімічний склад і вік. Зірки повинні змінюватися з часом, так як вони випромінюють енергію в навколишній простір. Інформація про зоряної еволюції може бути отримана з діаграми Герцшпрунга - Рассела, що є залежність світності зірки від температури її поверхні. мал 1
Малюнок 1
На діаграмі Герцшпрунга - Рассела зірки розподілені нерівномірно. Близько 90 % зірок сконцентровано у вузькій смузі, перетинає діаграму по діагоналі. Цю смугу називають головною послідовністю. Її верхній кінець розташований в області яскравих блакитних зірок. Різниця в заселеності зірок, що знаходяться на головній послідовності і областей, що примикають до головної послідовності, становить кілька порядків величини. Причина в тому, що на головній послідовності знаходяться зірки на стадії горіння водню, яка становить основну частину часу життя зірки. Сонце знаходиться на головній послідовності. Його положення вказано на мал 1.
Наступні за населеністю області після головної послідовності - білі карлики, червоні гіганти і червоні понад-гіганти. Червоні гіганти і надгіганти - це в основному зірки на стадії горіння гелію і більш важких ядер.
Світність зірки - повна енергія, що випускається зіркою в одиницю часу. Світність зірки може бути обчислена по енергії, що досягає Землі, якщо відомо відстань до зірки. З термодинаміки відомо, що, вимірюючи довжину хвилі в максимумі випромінювання чорного тіла, можна визначити його температуру. Чорне тіло з температурою 3 K матиме максимум спектрального розподілу на частоті 3Ч1011 Гц. Чорне тіло з температурою 6000 K буде випромінювати зелене світло. Температурі 106 K відповідає випромінювання в рентгенівському діапазоні. У таблиці 2 наведені інтервали довжин хвиль, що відповідають різним кольорам, спостережуваним в оптичному діапазоні.
Колір і довжина хвилі.
Таблиця 2
колір |
Діапазон довжини хвиль A |
|
Пурпуровий, синій |
3900 - 4550 |
|
блакитний |
4550 - 4920 |
|
зелений |
4920 - 5570 |
|
жовтий |
5570 - 5970 |
|
помаранчевий |
5970 - 6220 |
|
червоний |
6220 - 7700 |
Температура поверхні зірки розраховується за спектральному розподілу випромінювання.
Класифікацію спектрального класу зірок легко зрозуміти з таблиці 3
Кожна буква характеризує зірки певного класу. Зірки класу O найгарячіші, класу N - найхолодніші. У зірці класу O видно в основному спектральні лінії іонізованого гелію. Сонце належить до класу G, для якого характерні лінії іонізованого кальцію.
У таблиці 4 наведені основні характеристики Сонця. Межі зміни таких характеристик зірок як маса (M), світність (L), радіус (R) і температура поверхні (T) дані в таблиці 5.
Таблиця 3
позначення класу зірок |
характерна ознака спектральних ліній |
Температура поверхні, K |
|
O |
іонізованний гелій |
>30000 |
|
B |
Нейтральний гелій |
11 000 - 30 000 |
|
A |
водень |
7 200 - 11 000 |
|
F |
іонізованний кальцій |
6 000 - 7 200 |
|
G |
Іонізованний кальцій, нейтральні метали |
5 200 - 6 000 |
|
K |
нейтральні метали |
3 500 - 5200 |
|
M |
Нейтральні метали, смуги поглинання молекул |
< 3 500 |
|
R |
смуги поглинання ціану (CN)2 |
< 3 500 |
|
N |
вуглець |
< 3 500 |
Для зірок головної послідовності з відомою масою залежність маса-світність показана на мал. 2 і має вигляд L ~ Mn, де n = 1.6 для зірок малої маси (M <M°) І n = 5.4 для зірок великої маси (M> M° ). Це означає, що переміщення уздовж головної послідовності від зірок меншої маси до зірок більшої маси призводить до збільшення світності.
Малюнок 2
Основні характеристики Сонця
маса M |
2Ч1033 г |
|
радіус R |
7Ч1010 см |
|
світність L |
3.83 · 1033 ерг / с (2.4 · 1039 МеВ / с) |
|
Потік випромінювання з одиниці поверхні |
6.3·107 Вт/м2 |
|
Середня щільність речовини |
1.4 г/см3 |
|
Щільність в центрі |
~100 г/см3 |
|
температура поверхні |
6·103 K |
|
Температура в центрі |
1.5·107 K |
|
Хімічний склад: водень гелій вуглець, азот, кисень, неон та ін |
74% 23% 3% |
|
вік |
5·109 років |
|
Прискорення вільного падіння на поверхні |
2.7·104 см/с2 |
|
Шварцшильдовский радиус - 2GM /c2 (c - швидкість світла) |
2.95 км |
|
Період обертання щодо нерухомих зірок |
25.4 діб |
|
Відстань до центру Галактики |
2.6·1017 км |
|
Швидкість обертання навколо центру галактики |
220 км/с |
Межі зміни характеристик різних зірок
10-1 M < M < 50 M
10-4 L < L < 106 L
10-2 R < R < 103 R
2·103 K < T < 105 K
За одиницю вимірювання M, R, L прийняті відповідні характеристики Сонця, T-температура поверхні.
Таким чином, більш масивні зірки виявляються і більш яскравими.
У лівій нижній частині діаграми (мал.1) - друга за чисельністю група - білі карлики. У правому верхньому куті діаграми групуються зірки з високою світністю, але низькою температурою поверхні - червоні гіганти і надгіганти. Цей тип зірок зустрічається рідше. Назви " гіганти " і " карлики " пов'язані з розмірами зірок. Білі карлики не підкоряються залежності маса - світність, характерною для зірок головної послідовності. При одній і тій же масі вони мають значно меншу світність, ніж зірки головної послідовності.
Зірка може перебувати на головній послідовності на певному етапі еволюції і бути гігантом або білим карликом на іншому. Більшість зірок знаходиться на головній послідовності тому, що це найбільш тривала за часом фаза еволюції зірки.
Одним з істотних моментів в розумінні еволюції Всесвіту є уявлення про розподіл утворюються зірок по масам. Вивчаючи спостережуване розподіл зірок по масах і враховуючи час життя зірок різної маси, можна отримати розподіл зірок по масах в момент народження. Встановлено, що ймовірність народження зірки даної маси, дуже наближено, обернено пропорційна квадрату маси (функція Солпитера ) :
F(M) ~ M-7/3 .
Однак це лише загальна закономірність. У деяких областях спостерігається дефіцит масивних зірок. В областях, де багато молодих зірок, зірок малої маси менше. Вважається, що перші зірки були в основному яскравими, масивними і короткоживущими.
Мабуть, функція мас повинна обриватися на нижньому кінці близько мас ~ (0.1 - 0.025) M. Використовуючи як нижньої оцінки два значення мас M ~ 0.1 M і 0.025 M, можна отримати відносну масу зірок, які мають маси більше 5M:
0.2 (0.1M );
Маса (М> 5 М) / Повна маса
0.1 (0.025 M )
і частку маси зірок, що мають масу менше сонячної, -
0.60 (0.1M );
Маса (M <M) / Повна маса
0.75 (0.025 M ).
Для того, щоб пояснити спостережувані поширеності різних елементів, необхідно припустити, що в зірках відбуваються ядерні реакції, в яких і утворюються ці елементи. Особливості перебігу ядерних реакцій розглянуті нижче.
Народження зірки .
Відповідно до сучасних уявлень утворення зірок відбувається всередині хмари газу і пилу. Зазвичай виходять з уявлення про те, що однорідно розподілене речовина в просторі хитке і може збиратися в згустки під дією сил тяжіння. Невеликі, випадково утворилися згустки щільності зростають через гравітаційної нестійкості. Щоб утворилася зірка необхідно стиск деякій області газопилової хмари до такої стадії поки вона не стане досить щільною і гарячою. У процесі такої концентрації речовини відбувається збільшення температури і тиску. Виникають умови для появи зірки. У міру того, як буде відбуватися стиснення речовини, з якого утворюється зірка, буде підвищуватися температура зірки. Випромінювання і збільшується кінетична енергія атомів і молекул газу і пилу створює тиск, що перешкоджає стисненню газопилової хмари. Температура і тиск максимальні у центрі хмари і мінімальні на периферії. Середня температура зірки зростає тим швидше, чим швидше вона випромінює енергію і стискається. Гравітаційна енергія вивільняється зі швидкістю, яка не тільки заповнює втрату енергії з поверхні зірки, але і нагріває зірку.
Висновки
Варто пам'ятати дві речі про народження Всесвіту: початковий стан було сильно конденсованим і гарячим, згодом же Всесвіт розширювався і охолоджувалася; матерія може бути створена з енергії у відповідності з рівнянням Ейнштейна.
Оскільки ми складаємося з речовини, ми і мислимо тими ж категоріями. Однак, речовина займаємо дуже малу частину простору - велика ж його частина порожня. У середньому на один квадратний метр припадає один атом. Але все це простір заповнений фотонами - рідкісними високоенергійними від космічного газу і зірок і ордами нізкоенергічних, що залишилися з часів народження Всесвіту. На кожен протон, нейтрон або електрон припадають мільйони фотонів - наслідок того, що в ранньому Всесвіті домінував світло, а не речовина.
Зірка - це гарячий газова куля, розігрівали за рахунок ядерної енергії і утримуваний силами тяжіння. Основну інформацію про зірок дає випускається ними світло і електромагнітне випромінювання в інших областях спектра. Головними факторами, що визначають властивості зірки, є її маса, хімічний склад і вік. Зірки повинні змінюватися з часом, так як вони випромінюють енергію в навколишній простір.
Список літератури
1) Навчального посібника версія Б.C. Ишханов, И.М. Капитонов, И.А. Тутынь "Нуклеосинтез во вселенной" М., Изд-во Московського університету. 1998.
2) К.C. Грамматикати «Перша секунда Всесвіту»
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Виникнення скупчень галактик, відособлення і формування зірок і галактик, утворення планет і їх супутників. Гіпотеза про циклічність стану Всесвіту. Аргументи на користь "пульсуючого Всесвіту". Моделі Фрідмана як основа подальшого розвитку космології.
реферат [30,3 K], добавлен 01.05.2009Короткий опис будови Всесвіту, його космологічні моделі. Модель Великого Вибуху. Сутність фотометричного парадоксу Ольберса. Природа реліктового випромінювання. Інфляційна модель Всесвіту. Закон Хаббла (закон загального розбігання галактик), його зміст.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 24.05.2016Механічна картина руху величезних мас Всесвіту і її глобальна структура. Виникнення структури Всесвіту — скупчень галактик, самих галактик з первинно однорідної речовини, що розширяється. Космологічна модель Всесвіту. Невидима речовина, прихована маса.
реферат [34,0 K], добавлен 01.05.2009Астрономія як наука про будову і розвиток космічних тіл і їх систем, історія розвитку. Загальна характеристика Всесвіту, поняття галактики та метагалактики. Зірки: створення, еволюція, характеристики та класифікація. Проблема походження життя у Всесвіті.
реферат [24,9 K], добавлен 01.05.2009Концепції космології: припущення А. Ейнштейна, висновки А. Фрідмана, емпіричний закон Хаббла, гіпотези Г. Гамова, реліктове випромінювання А. Пензіса і Р. Вільсона. Модель Всесвіту: великий вибух, поділ початковій стадії еволюції на ери; його структура.
реферат [27,0 K], добавлен 23.08.2010Циклічність діяльності галактик. Циклічність діяльності зірок. Формування протонової оболонки. Виникнення плям і синтез ядер. Утворення твердої кори. Спалахи наднових зірок. Мінливі зірки. Енергетичний баланс Сонця.
книга [2,0 M], добавлен 12.08.2007Дослідження методів вивчення знань з астрономії. Наша Сонячна система, її склад, характеристика планет (Земля, Луна, Сатурн, Марс). Малі тіла, комети, супутники планет та зорі. Наукові гіпотези про походження Всесвіту та основні етапи його розвитку.
презентация [756,4 K], добавлен 07.04.2011Зоря - величезна куля світного іонізованого газу - водню і гелію. Гравітаційне стиснення газової кулі. Процеси виділення енергії в ядрі зорі. Будова і склад зірок. Хімічний склад речовини надр зірок, термоядерні реакції та зміна їх внутрішньої будови.
презентация [1,1 M], добавлен 16.05.2016Трактування проблем ролі та місії людини в космосі на базі розробленої світоглядної космологічної концепції. Аналіз невипадковості співвідношень і абсолютних значень світових констант. Поява живої матерії та енергії як необхідних компонентів Всесвіту.
реферат [35,6 K], добавлен 19.07.2010Історія відкриття та дослідження чорної діри, її космологія. Виникнення квантового випромінювання частинок згідно теорії С. Хокінга. Основні властивості чорних дір, реалістичні та гіпотетичні сценарії їх утворення. Аналіз вірогідності існування білих дір.
реферат [1,1 M], добавлен 30.01.2014