Презентация на тему "эволюция звезд". Презентация на тему эволюция звезд Эволюция и происхождение звезд презентация

Слайд 1

ЭВОЛЮЦИЯ ЗВЕЗД

Слайд 2

Вселенная состоит на 98% из звезд. Они же являются основным элементом галактики.

«Звезды – это огромные шары из гелия и водорода, а также других газов. Гравитация тянет их внутрь, а давление раскаленного газа выталкивает их наружу, создавая равновесие. Энергия звезды содержится в ее ядре, где ежесекундно гелий взаимодействует с водородом».

Слайд 3

Жизненный путь звезд представляет собой законченный цикл – рождение, рост, период относительно спокойной активности, агония, смерть, и напоминает жизненный путь отдельного организма.

Астрономы не в состоянии проследит жизнь одной звезды от начала и до конца. Даже самые короткоживущие звёзды существуют миллионы лет – дольше жизни не только одного человека, но и всего человечества. Однако учёные могут наблюдать много звёзд, находящихся на самых разных стадиях своего развития, - только что родившиеся и умирающие. По многочисленным звездным портретам они стараются восстановить эволюционный путь каждой звезды и написать её биографию.

Слайд 4

Диаграмма Герцшпрунга-Рассела

Слайд 5

Области звездообразования.

Гигантские молекулярные облака с массами, большими 105 массы Солнца (их известно более 6 000 в Галактике)

Туманность Орел

в 6000 световых лет от нас молодое рассеянное звёздное скопление в созвездии Змеи тёмные области в туманности - это протозвёзды

Слайд 6

Туманность Ориона

светящаяся эмиссионная туманность с зеленоватым оттенком и находится ниже Пояса Ориона можно видеть даже невооружённым глазом в 1300 световых лет от нас, а величиной в 33 световых года

Слайд 7

Гравитационное сжатие

Сжатие - следствие гравитационной неустойчивости, идея Ньютона. Позже Джинс определил минимальные размеры облаков, в которых может начаться самопроизвольное сжатие.

Имеет место достаточно эффективное охлаждение среды: высвобождающаяся энергия гравитации идет на излучение инфракрасного диапазона, уходящее в космическое пространство.

Слайд 8

Протозвезда

При увеличении плотности облака оно становится непрозрачным для излучения. Начинается повышение температуры внутренних областей. Температура в недрах протозвезды достигает порога термоядерных реакций синтеза. Сжатие на какое-то время прекращается.

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 область гигантов или при больших массах - сверхгигантов

Гиганты и сверхгиганты

Слайд 12

масса звезды

Когда все ядерное топливо выгорело, начинается процесс гравитационного сжатия.

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

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

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

На звездном небе наряду со звез- дами имеются облака, состоящие из частиц газа и пыли (водорода). Некоторые из них настолько плотные, что начинают сжиматься под действием сил гравитационного притяжения. По мере сжатия газ нагревается и начинает излучать инфракрасные лучи. На этой стадии звезда называется ПРОТОЗВЕЗДОЙ Когда температура в недрах протозвезды достигнет 10 миллионов граду- сов, начинается термоядерная реакция превращения водорода в гелий, при этом протозвезда превращается в обычную звезду, излучающую свет. Звёзды среднего размера, такие как Солнце, светятся в среднем 10 миллиардов лет. Считается, что Солнце все ещё на ней, так как оно находится в середине своего жизненного цикла.

Весь водород в ходе термоядерной реакции превращается в гелий, образуется гелиевый слой. Если температура в гелиевом слое меньше 100 миллионов Кельвинов, дальнейшая термоядерная реакция превращения ядер гелия в ядра азота и углерода не происходит, термоядерная реакция происходит не в центре звезды, а только в водородном слое, прилегающем к гелиевому слою, при этом температура внутри звезды постепенно увеличивается. Когда температура достигает 100 миллионов Кельвинов начинается термоядерная реакция в гелиевом ядре, при этом ядра гелия превращаются в ядра углерода, азота и кислорода. Светимость и размеры звезды увеличиваются, обычная звезда становится красным гигантом или сверхгигантом. Околозвездная оболочка звезд, масса которых не больше 1,2 массы Солнца, постепенно расширяется и в конце концов отрывается от ядра, а звезда превращается в белого карлика, который постепенно остывает и затухает. Если масса звезды примерно вдвое больше массы Солнца, то такие звезды в конце жизни становятся неустойчивыми и взрываются, становятся сверхновыми звездами, а затем превращаются в нейтронные звезды или черную дыру.

В конце своей жизни красный гигант превращается в белый карлик. Белый карлик – это сверхплотное ядро красного гиганта, состоящее из гелия, азота, кислорода, углерода и железа. Белый карлик сильно сжат. Радиус его составляет примерно 5000 км, то есть он по размерам примерно равен нашей Земле. При этом плотность его составляет около 4×10 6 г/см 3, то есть весит такое вещество в четыре миллиона больше, чем вода на Земле. Температура на его поверхности – 10000К. Белый карлик очень медленно остывает и остаётся существовать вплоть до скончания мира.

Сверхновой называется звезда в момент завершения своей эволюции в ходе гравитационного коллапса. Образованием сверхновой заканчивается существование звезд с массой выше 8-10 солнечных масс. На месте гигантского взрыва сверхновой остается нейтронная звезда или чёрная дыра, а вокруг этих объектов некоторое время наблюдаются остатки оболочек взорвавшейся звезды. Взрыв сверхновой звезды в нашей Галактике - явление довольно редкое. В среднем такое случается раз или два в сто лет, поэтому очень нелегко застать то мгновение, когда звезда испускает энергию в космическое пространство и вспыхивает в эту секунду как миллиарды звезд.

Экстремальные силы, возникающие при формировании нейтронной звезды, так сжимают атомы, что электроны, вдавленные в ядра, объединяются с протонами, образуя нейтроны. Таким образом рождается звезда, почти полностью состоящая из нейтронов. Сверхплотная ядерная жидкость, если ее принести на Землю, взорвалась бы, подобно ядерной бомбе, но в нейтронной звезде она устойчива благодаря огромному гравитационному давлению. Однако во внешних слоях нейтронной звезды (как, впрочем, и всех звезд) давление и температура падают, образуя твердую корку толщиной около километра. Как полагают, состоит она в основном из ядер железа.

Черные дыры Согласно нашим нынешним представлениям об эволюции звезд, когда звезда с массой, превышающей примерно 30 масс Солнца, гибнет со вспышкой сверхновой, внешняя ее оболочка разлетается, а внутренние слои стремительно обрушиваются к центру и образуют черную дыру на месте израсходовавшей запасы топлива звезды. Изолированную в межзвездном пространстве черную дыру такого происхождения выявить практически невозможно, поскольку она находится в разреженном вакууме и никак не проявляет себя в плане гравитационных взаимодействий. Однако, если такая дыра входила в состав двойной звездной системы (две горячих звезды, обращающихся по орбите вокруг их центра масс), черная дыра будет по-прежнему оказывать гравитационное воздействие на парную ей звезду.эволюции звезд В двойной системе с черной дырой вещество «живой» звезды будет неизбежно «перетекать» в направлении черной дыры. При подходе к роковой границе, засасываемое в воронку черной дыры вещество будет неизбежно уплотняться и разогреваться в силу учащения соударений между поглощаемыми дырой частицами, пока не разогреется до энергий излучения волн в рентгеновском диапазоне. Астрономы могут измерить периодичность изменения интенсивности рентгеновского излучения такого рода и вычислить, сопоставив ее с другими доступными данными, примерную массу объекта, «перетягивающего» на себя материю. Если масса объекта превышает предел Чандрасекара (1,4 массы Солнца), этот объект не может являться белым карликом, в которого суждено выродиться нашему светилу. В большинстве выявленных случаев наблюдения подобных двойных рентгеновских звезд массивным объектом является нейтронная звезда. Однако насчитано уже более десятка случаев, когда единственным разумным объяснением является присутствие в двойной звездной системе черной дыры.предел Чандрасекара

В ходе термоядерных реакций, протекающих в недрах звезды почти в течение всей её жизни, водород превращается в гелий. После того как значительная часть водорода превратится в гелий, температура в её центре возрастает. При увеличении температуры примерно до 200 млн. К ядерным горючим становится гелий, который затем превращается в кислород и неон. Температуры в центре звезды постепенно увеличивается до до 300 млн. К. Но даже при столь высоких температурах кислород и неон вполне устойчивы и не вступают в ядерные реакции. Однако через некоторое время температура удваивается, теперь она уже равняется 600 млн. К. И тогда ядерным топливом становится неон, который в ходе реакций превращается в магний и кремний. Образование магния сопровождается выходом свободных нейтронов. Свободные нейтроны, вступая в реакцию с этими металлами, создают атомы более тяжёлых металлов - вплоть до урана - самого тяжёлого из природных элементов.

Но вот израсходован весь неон в ядре. Ядро начинает сжиматься, и снова сжатие сопровождается ростом температуры. Наступает следующий этап, когда каждые два атома кислорода, соединяясь, порождают атом кремния и атом гелия. Атомы кремния, соединяясь попарно, образуют атомы никеля, которые вскоре превращаются в атомы железа. В ядерные реакции, сопровождающиеся возникновением новых химических элементов, вступают не только нейтроны, но также протоны и атомы гелия. Появляются такие элементы, как сера, алюминий, кальций, аргон, фосфор, хлор, калий. При температурах 2-5 млрд. К рождаются титан, ванадий, хром, железо, кобальт, цинк, и др. Но из всех этих элементов наиболее представлено железо.

Своим внутренним строением звезда теперь напоминает луковицу, каждый слой которой заполнен преимущественно каким-либо одним элементом. С образованием железа звезда оказывается накануне драматического взрыва. Ядерные реакции, протекающие в железном ядре звезды, приводят к превращению протонов в нейтроны. При этом испускаются потоки нейтрино, уносящие с собой в космическое пространство значительное количество энергии звезды. Если температура в ядре звезды велика, то эти энергетические потери могут иметь серьёзные последствия, так как они приводят к снижению давления излучения, необходимого для поддержания устойчивости звезды. И как следствие этого, в действие опять вступают гравитационные силы, призванные доставить звезде необходимую энергию. Силы гравитации всё быстрее сжимают звезду, восполняя энергию, унесённую нейтрино.

Как и прежде сжатие звезды сопровождается ростом температуры, которая в конце концов достигает 4-5 млрд. К. Теперь события развиваются несколько иначе. Ядро, состоящее из элементов группы железа, подвергается серьёзным изменениям: элементы этой группы уже не вступают в реакции с образованием более тяжёлых элементов, а распадаются с превращением в гелий, испуская при этом колоссальный поток нейтронов. Большая часть этих нейтронов захватывается веществом внешних слоёв звезды и участвует в создании тяжёлых элементов. На этом этапе звезда достигает критического состояния. Когда создавались тяжёлые химические элементы, энергия высвобождалась в результате слияния лёгких ядер. Тем самым огромные её количества звезда выделяла на протяжении сотен миллионов лет. Теперь же конечные продукты ядерных реакций вновь распадаются, образуя гелий: звезда оказывается вынужденной восполнить утраченную ранее энергию

К взрыву готовится Бетельгейзе (c араб. «Дом Близнеца») – красный сверхгигант созвездия Ориона. Одна из крупнейших среди известных астрономам звезд. Если ее поместить вместо Солнца, то при минимальном размере она заполнила бы орбиту Марса, а при максимальном - достигала бы орбиты Юпитера. Объем Бетельгейзе почти в 160 млн. раз больше солнечного. И она одна из самых ярких – ее светимость в раз больше солнечной. Возраст ее – всего, по космическим меркам, около 10 миллионов лет.И вот этот раскаленный гигантский космический «чернобыль» уже находится на грани взрыва. Красный гигант уже начал агонизировать и уменьшаться в размерах. За время наблюдения с 1993 по 2009 год диаметр звезды уменьшился на 15 %, а сейчас она просто сжимается на глазах. Астрономы НАСА обещают, что при чудовищном взрыве яркость звезды увеличится в тысячи раз. Но из-за дальнего расстояния световых лет от нас – катастрофа никак не затронет нашу планету. А итогом взрыва станет образование сверхновой звезды.

Как будет выглядеть это редчайшее событие с земли? Внезапно в небе вспыхнет очень яркая звезда.. Продлится подобное космическое шоу около шести недель, что означает более полутора месяцев «белых ночей» в определенных участках планеты, остальные люди насладятся двумя-тремя дополнительными часами светового дня и восхитительным зрелищем взорвавшейся звезды ночью. Через две–три недели после взрыва звезда начнет угасать, а через несколько лет окончательно превратится для земного наблюдателя в туманность типа Крабовидной. Ну а волны заряженных частиц после взрыва дойдут до Земли через несколько столетий, и жители Земли получат небольшую (на 4–5 порядков меньше летальной) дозу ионизирующего излучения. Но волноваться не стоит в любом случае - как заявляют ученые, угрозы для Земли и ее жителей нет, а вот подобное событие само по себе уникально - последнее свидетельство наблюдения взрыва сверхновой на Земле датировано 1054 годом.

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.
Cлайд 1

Cлайд 2
Звезды Вселенная состоит на 98% из звезд. Они же являются основным элементом галактики. «Звезды – это огромные шары из гелия и водорода, а также других газов. Гравитация тянет их внутрь, а давление раскаленного газа выталкивает их наружу, создавая равновесие. Энергия звезды содержится в ее ядре, где ежесекундно гелий взаимодействует с водородом».
Cлайд 3
Жизнь звезд Жизненный путь звезд представляет собой законченный цикл – рождение, рост, период относительно спокойной активности, агония, смерть, и напоминает жизненный путь отдельного организма. Астрономы не в состоянии проследит жизнь одной звезды от начала и до конца. Даже самые короткоживущие звёзды существуют миллионы лет – дольше жизни не только одного человека, но и всего человечества. Однако учёные могут наблюдать много звёзд, находящихся на самых разных стадиях своего развития, - только что родившиеся и умирающие. По многочисленным звездным портретам они стараются восстановить эволюционный путь каждой звезды и написать её биографию.
Cлайд 4

Cлайд 5
Области звездообразования Области звездообразования. Гигантские молекулярные облака с массами, большими 105 массы Солнца (их известно более 6 000 в Галактике) Туманность Орел в 6000 световых лет от нас молодое рассеянное звёздное скопление в созвездии Змеи тёмные области в туманности - это протозвёзды
Cлайд 6
Туманность Ориона Туманность Ориона светящаяся эмиссионная туманность с зеленоватым оттенком и находится ниже Пояса Ориона можно видеть даже невооружённым глазом в 1300 световых лет от нас, а величиной в 33 световых года
Cлайд 7
Гравитационное сжатие Гравитационное сжатие Сжатие - следствие гравитационной неустойчивости, идея Ньютона. Позже Джинс определил минимальные размеры облаков, в которых может начаться самопроизвольное сжатие. Имеет место достаточно эффективное охлаждение среды: высвобождающаяся энергия гравитации идет на излучение инфракрасного диапазона, уходящее в космическое пространство.
Cлайд 8
Протозвезда Протозвезда При увеличении плотности облака оно становится непрозрачным для излучения. Начинается повышение температуры внутренних областей. Температура в недрах протозвезды достигает порога термоядерных реакций синтеза. Сжатие на какое-то время прекращается.
Cлайд 9
Стационарное состояние 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
Cлайд 10

Cлайд 11
Гиганты и сверхгиганты когда водород полностью выгорает, звезда уходит с главной последовательности в область гигантов или при больших массах - сверхгигантов Гиганты и сверхгиганты
Cлайд 12
Гравитационное сжатие 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.
Cлайд 13
Карлики Белый карлик в облаке межзвездной пыли Два молодых черных карлика в созвездии Тельца
Cлайд 14
Масса звезды 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 взрыв Сверхновой звезды большая часть звезды выбрасывается в космическое пространство со скоростью 1000-5000 км/с потоки нейтрино охлаждают ядро звезды - Нейтронная звезда