Галактикалар мен жұлдызды жүйелердің эволюциясы
Галактикалар мен жұлдызды жүйелердің эволюциясы
Галактикалардың құрылымы мен пайда болуын космология зерттейді. Ал космогония (грекше “goneia” — “туылу”) космостық денелер мен олардың жүйелерінің шығу тегі мен дамуын қарастырады. Космогонияның планеталық, жұлдыздық және галактикалық бағыттары бар.
Галактикалар дегеніміз не?
Галактикалар — ортасында ядросы бар жұлдыздар мен олардың жүйелерінің алып бірлестіктері. Олар тек шар тәрізді ғана емес, спираль, эллипстік және өзге де пішіндерде кездеседі.
Ғаламда галактикалар миллиардтап саналады, ал олардың әрқайсысында миллиардтаған жұлдыз бар. Кейбір болжамдар бойынша, ең алғашқы кезеңдерде галактикалық материя өте ауыр элементар бөлшектермен (мысалы, гиперондармен) байланысты болған, кейін заттың фрагменттелуі нәтижесінде жұлдыздар түзілген. Бұл бөлшектер галактикалардың ядроларында әлі де болуы мүмкін деген жорамалдар да айтылады.
Кеңейетін Ғалам және “қара ойықтар” гипотезасы
Кеңейетін Ғалам теориясы астрономияның дамуына түрткі болды, бірақ түсіндіруді қажет ететін қиындықтарға да әкелді. Үлкен жарылыстан кейін шексіз тығыздыққа жақын күйден таралған зат өзара тартылыс әсерінен бірін-бірі тежеп, жылдамдық төмендеуі тиіс еді. Алайда кеңеюді тоқтату үшін бүкіл Ғалам массасы жеткіліксіз деген мәселе туындайды.
Негізгі тұжырым
Осы контексте 1939 жылы Ғаламдағы “қара ойықтар” туралы гипотеза ұсынылды: олар көзге көрінбейді, бірақ Ғалам массасының едәуір бөлігін құрауы мүмкін деген пікір айтылды.
“Қара ойық” ұғымы мынадай идеямен түсіндіріледі: егер зат белгілі бір массаға ие болып, сол массаға сәйкес шекті деңгейге дейін сығылса, онда ол өз тартылысының әсерінен одан әрі тығыздала береді. Тығыздалу үдеген сайын тартылыс күші артып, одан қашып шығу үшін қажет жылдамдық жарық жылдамдығынан да жоғары болуы тиіс болады. Сондықтан “қара ойық” сыртқа еш нәрсе шығармайды әрі жарықты да шағылыстырмайды — сол себепті ол көзге көрінбейді.
Сондай-ақ “қара ойық” маңында кеңістік қисайып, уақыттың жүруі баяулайтыны айтылады. Кейбір жорамалдар бойынша, мұндай нысандар галактикалардың ядросымен байланысып, аса қуатты энергия көздері ретінде ерте кезеңдегі зат эволюциясына ықпал еткен.
Квазарлар және галактикалардың белсенді ядролары
1963 жылы квазарлар (квазижұлдыздық радиосәуле көздері) — ғаламдағы радиосәулеленудің аса қуатты қайнар көздері — ашылды. Олардың жарық қуаты галактикалардың жарығынан жүздеген есе артық, ал өлшемдері одан әлдеқайда кіші болуы мүмкін.
Квазарларды жаңадан түзілген немесе белсенді күйдегі галактикалардың ядроларымен байланыстыратын болжамдар бар. Бақылаулар галактикалар ядроларынан сутегінің үздіксіз бөлінуі мүмкін екенін де көрсетеді.
Нуклеосинтез: элементтердің “жұлдыздық фабрикасы”
Сутегі — химиялық элементтердің ең қарапайымы: ядросында бір протон, орбитасында бір электрон бар. Нуклеосинтез теориясына сәйкес, жұлдыздардың қойнауында жүретін ядролық реакциялар нәтижесінде сутегіден күрделі атомдар түзіледі. Жұлдыз массасы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым күрделірек элементтер пайда бола алады.
Мысалы, Күн тәрізді жұлдыздар негізінен сутегіні гелийге айналдырады, ал аса ірі жұлдыздар тірі ағзалар үшін негізгі элементтердің бірі — көміртегін түзе алады.
Бұл көзқарас физикалық эволюцияны және химиялық элементтердің таралуын түсіндіруге көмектеседі: алғашқы жұлдыздар сутегі мен гелий қоспасынан түзілген, ал ауыр элементтер кейінгі ұрпақ жұлдыздарында жасалған.
Нуклеосинтез тұрғысынан, Жер бастапқы “алғашқы заттан” тікелей емес, жұлдыздарда өткен ядролық реакциялардың өнімдерінен құралған материядан пайда болған деген тұжырым жасалады. Демек, темір, қорғасын сияқты ауыр элементтердің де шығу тегі жұлдыздық эволюциямен тығыз байланысты.
Құс Жолы және жұлдыз түзілуінің “іздері”
Құс Жолының жасы туралы пікірлер әртүрлі: кейбір астрономдар оны салыстырмалы түрде жас деп есептеп, галактикада жұлдыз түзілуі әлі де жүріп жатыр деген ойды қолдайды. Сонымен қатар Құс Жолында айналып жүрген газ бұлттарының болуы да жоққа шығарылмайды.
Коллапс процесі нәтижесінде газ бұлттарынан жұлдыздар пайда болып, сонымен бірге әртүрлі жұлдыздық және бұлттық жүйелер қалыптасады. Жас және ескі жұлдыздардың құрамын салыстыру арқылы галактика эволюциясының кезеңдерін ажыратуға болады: ескі жұлдыздар бастапқы кезеңнің химиялық “қолтаңбасын” сақтайды.
Бақылаулық белгі
Жас жұлдыздарда “металдық” (сутегі мен гелийден ауыр элементтердің үлесі) ескі жұлдыздарға қарағанда жоғары болады. Себебі жұлдызаралық орта ауыр элементтермен бұрынғы ұрпақ жұлдыздарының нуклеосинтезі арқылы байытылады.
Жұлдыз түзілуінің қарқыны уақыт бойынша бірқалыпты емес: кей кезеңдерде ол күшейіп, кей кезеңдерде әлсіреуі мүмкін. Мұны жұлдыз шоғырлары мен галактика пішіндерінің әртүрлілігін талдау арқылы да байқауға болады.
Аспан денелерін жіктеу және жұлдыздардың табиғаты
Барлық аспан денелерін шартты түрде екіге бөлуге болады: энергия бөлетін жұлдыздар және энергия бөлмейтін планеталар, кометалар, метеориттер мен ғарыштық шаң.
Жұлдыз энергиясы олардың қойнауындағы ондаған миллион градусқа дейін жететін температурада жүретін ядролық процестер нәтижесінде түзіледі. Осы реакциялармен бірге өзара әрекеттесуі өте әлсіз бөлшектер — нейтрино — бөлінеді.
Қазіргі көзқарас бойынша жұлдыздар — плазмадан, яғни аса тығыз, өте ыстық және үнемі қозғалыста болатын газдан тұратын нысандар. Кейде қуатты процестер затты үлкен қашықтыққа лақтырып, оның бір бөлігі қайтадан жұлдызға түсуі, ал қалғаны кеңістікке таралуы мүмкін.
Жұлдыздардың пайда болуы: протожұлдыздық бұлттар
Жұлдыздардың пайда болуын Күннің түзілу моделі арқылы түсіндіруге болады. Күн — сары түсті, негізгі қатардағы жұлдыз. Жұлдыздардың түрі өте көп: қызыл алыптар, ақ ергежейлілер, пульсарлар, нейтрондық жұлдыздар, квазарлар, қара ойықтар және т.б. Бұл нысандардың эволюциялық жолдары әртүрлі болғанымен, бастапқы кезеңдер көбіне ұқсас механизмдерге сүйенеді.
Галактикалардың әсер ету аймақтарында жұлдызаралық зат жиі шоғырланады. Мұндай шоғырлар протожұлдыздық бұлттар деп аталады. Олар негізінен сутегі мен аз мөлшердегі гелий қоспасынан және ауыр элементтердің ұсақ бөлшектерінен тұрады.
Гравитация бұлтты сығып, орталықта глобула деп аталатын тығыз аймақты қалыптастыруы мүмкін. Сығылу нәтижесінде температура өседі. Бұл үрдіс ауыр элемент түйіршіктерінің пайда болуымен қатар жүруі ықтимал. Жоғары температуралы қабаттарда әртүрлі қосылыстар мен жеңіл элементтер түзіліп, кейін газды диск ішінде сақина тәрізді құрылымдар қалыптастыруы мүмкін.
Уақыт өте келе бөлшектер соқтығысып, жабыса отырып іріленеді де, астероидтәрізді денелерге, одан әрі планеталарға бастау беруі ықтимал.
Жұлдыздардың алуан түрлілігі: массасы, спектрі, эволюциясы
Жұлдыздарды түсі, жарықтылығы, массасы және спектрлік сипаттамалары бойынша ажыратады. Спектрі мен жарықтылығы уақыт бойынша өзгеретін жұлдыздар да бар. Сондай-ақ жас жұлдыздық ассоциациялар (жасы шамамен 10 млн жылдан аспайтын топтар) кездеседі.
Кей жағдайларда аса жаңа жұлдыздар (супернова) пайда болып, тұмандықтардың — газ шоғырларының — қалыптасуына ықпал етеді. Дегенмен жұлдыздардың негізгі құрамы көбіне ұқсас: олардың басым бөлігі сутегі мен гелийден тұрады.
Ғаламда аса ірі жұлдыздар — қызыл алыптар мен аса алыптар — бар. Сонымен бірге өлшемі өте шағын, бірақ массасы Күн массасына жуық, радиусы шамамен 10–20 км болатын нейтрондық жұлдыздар да кездеседі. Олар нейтрондардың аса тығыз күйдегі шоғырынан тұрады деп түсіндіріледі.
Пульсарлар: периодтық сәулелену көздері
1967 жылы пульсарлар — Жерге периодтық түрде келіп жететін радио-оптикалық, рентген және гамма сәулелерінің ғарыштық көздері — ашылды. Радиопульсарлар көбіне тез айналатын нейтрондық жұлдыздармен байланыстырылады; олардың импульс периодтары шамамен 0,03–4 секунд аралығында болуы мүмкін.
Қосарланған жүйелерде бір жұлдыздан екіншісіне заттың ағуы (аккреция) да ерекше құбылыстарға әкелуі ықтимал, алайда бұл тақырып кеңірек қарастыруды қажет етеді.
Қорытынды ой
Галактикалар мен жұлдыздардың эволюциясын түсіндіруде кеңейетін Ғалам идеясы, белсенді ядролар (квазарлар), “қара ойықтар” туралы түсініктер және нуклеосинтез теориясы өзара сабақтасып жатады. Жұлдыздардың химиялық құрамы мен жасына қарап, тек галактикалардың ғана емес, тұтас Ғаламның да химиялық тарихын қалпына келтіруге болады.