Žvaigždės gimsta iš tarpžvaigždinių ūkanų - didžiulių, vandeniliu daugiausia sudarytų, platybių. Dažnai kosmosas įsivaizduojamas kaip tuštuma, kurioje retkarčiais pasitaiko žvaigždės ir planetos. Tačiau iš tiesų kosmoso vakuumas nėra tuščias - atvirame kosmose yra vandenilio molekulių ir kitų cheminių elementų. Žinoma, jų nedaug. Labai nedaug. Bet Visata yra itin didelė. Net mūsų Paukščių tako skersmuo yra beveik 53 000 šviesmečių. Milžiniški atstumai! Tokiuose didžiuliuose plotuose vos viena vandenilio molekulė kubiniame kilometre - tai labai daug.
Tad tarpžvaigždiniai dujų debesys - tai itin retos, bet vis dėlto ne tuščios Visatos vietos. Kadangi jos nėra tuščios, jos turi masę. O kadangi jos turi masę, jos gali pritraukti viena kitą, sutankėti dėl gravitacijos jėgų.
Didėjant atskirų dujų molekulių tarpusavio sąveikai, tokie debesys tampa vis tankesni. Tam tikros debesies dalies tankio padidėjimas lemia, kad šios dalies masė tampa vyraujanti, o tai reiškia, kad visas debesis įgauna sutankėjimo kryptį. Dabar dauguma retų dujų molekulių traukia būtent čia. Po gana ilgo laiko tankis padidėja tiek, kad gravitacija pradeda viršyti atskirų dujų molekulių termodinaminį judėjimą. Sutankėjimas ir suspaudimas dar labiau spartėja. Tuo pačiu metu didėja ir temperatūra.
Tam tikru momentu gravitacija taip stipriai suspaudžia protostigmo debesies centrinę dalį, kad joje, dėl aukšto slėgio ir temperatūros, prasideda termobranduolinės reakcijos. Bum! Gimsta nauja žvaigždė.
Žvaigždės spinduliuotės srautas išstumia likusį debesį į periferiją. Iš jo vėliau gali susiformuoti planetos.
Įdomu, kad žvaigždžių gimimo ir mirimo procesas yra ciklinis. Jei žvaigždė sprogsta, tapdama supernove, didelė dalis jos išorinio apvalkalo išsisklaido didžiuliais atstumais. O po daugelio milijonų metų molekulės, sudariusios žvaigždę, vėl susirenka į tarpžvaigždinius debesis, iš kurių vėl gimsta kitos kartos žvaigždės. Mūsų Saulė yra trečiosios kartos žvaigždė.
Taip pat įdomu pasižiūrėti į Paukščių tako nuotrauką. Šie gerai matomi spiraliniai šakojimai - tai aktyvios žvaigždžių formavimosi sritys.
Istoriniai žvaigždžių formavimosi modeliai
Idėja, kad žvaigždės gali formuotis iš medžiagos suspaudimo, nėra nauja. Jau senovės graikų filosofai, tokie kaip Epikūras ir vėliau Renė Dekartas, svarstė apie dangaus kūnų kilmę. Tačiau tikrasis proveržis įvyko XX amžiaus pradžioje.
Viena iš pirmųjų mokslinių teorijų, paaiškinančių žvaigždžių formavimąsi, buvo Džinsos (Jeans) hipotezė. Džeimsas Hopvudas Džinsas (1877-1946) pasiūlė, kad žvaigždės gimsta dėl gravitacijos tarp retų medžiagos dalelių. Jo darbai, ypač apie gravitacinę nestabilumą, sudarė pagrindą beveik visiems vėlesniems žvaigždžių formavimosi modeliams. Nors klasikinė jo hipotezė, nagrinėjanti tik dalelių "troškimą" išsisklaidyti po visą Visatą, yra pasenusi, tačiau esminė idėja - gravitacijos vaidmuo - išlieka aktuali.
Visatoje svarbų vaidmenį vaidina ne tik gravitacija, bet ir dujų slėgis. Klasikinis Džinsos kriterijus nurodo, kad norint, jog debesis pradėtų trauktis, jo masė turi viršyti tam tikrą kritinę ribą (Džinsos masę), o temperatūra turi būti pakankamai žema. Ši sąlyga užtikrina, kad gravitacija bus stipresnė už dujų slėgį, kuris stumia daleles į skirtingas puses.
Vėlesnės teorijos, tokios kaip akrecijos teorija, nagrinėjo medžiagos kaupimąsi ant jau susidariusių objektų. Tačiau jos susidūrė su sunkumais, pavyzdžiui, negalėjimu paaiškinti visų stebimų reiškinių.
Šiuolaikiniai modeliai, grindžiami gravitaciniu kolapsu, geriau apibūdina procesą. Jie atsižvelgia į tai, kad gravitacija gali įveikti dujų slėgį, ypač dideliuose ir šaltuose molekuliniuose debesyse.
Žvaigždžių gimimo procesas
Žvaigždžių evoliucija prasideda milžiniškame molekuliniame debesyje, dar vadinamame „žvaigždžių lopšeliu“. Šio debesies sudėtis daugiausia yra vandenilis ir helis. Laikui bėgant, dėl gravitacinės nestabilumo, debesis pradeda trauktis. Šią nestabilumą gali sukelti įvairūs veiksniai: dviejų debesų susidūrimas, debesies praėjimas per tankią spiralinės galaktikos šaką arba netoliese esančios supernovos sprogimas, kurio smūginė banga gali paveikti molekulinį debesį.
Sąveikaujant atskiroms dujų molekulėms, debesys tampa vis tankesni. Kai tam tikros debesies dalies tankis padidėja, ji pradeda pritraukti vis daugiau medžiagos, formuodama sutankėjimus. Šie sutankėjimai, plečiantis dėl gravitacijos, tampa vis karštesni ir tankesni.
Kai suspaudimo metu temperatūra ir slėgis centrinėje dalyje pasiekia kritinę ribą, prasideda termobranduolinės reakcijos. Tai momentas, kai gimsta žvaigždė. Šiose reakcijose vandenilis virsta heliu, išskirdamas milžinišką energijos kiekį, kuris ir suteikia žvaigždei jos šviesumą ir šilumą.
Susidariusi žvaigždė spinduliuote išstumia likusią aplinkinių dujų ir dulkių medžiagą. Ši medžiaga vėliau gali susiformuoti į planetas, asteroidus ir kitus dangaus kūnus. Taip gimsta planetinės sistemos.
Kur gimsta žvaigždės?
Žvaigždės gimsta ne bet kur, o tam tikrose Visatos vietose, kur sąlygos yra palankiausios. Dažniausiai tai yra dideli, šalti ir tankūs molekuliniai debesys. Šie debesys yra itin svarbūs, nes juose yra pakankamai medžiagos naujų žvaigždžių formavimuisi.
Mūsų Paukščių Take žvaigždžių gimimas vyksta daugiausia galaktikos plokštumoje, ypač spiralinėse šakose. Nors spiralinės šakos sudaro tik apie 20% galaktikos disko tūrio, jos yra aktyviausios žvaigždžių formavimosi sritys. Tačiau žvaigždės gali gimti ir už galaktikos plokštumos ribų, iki 1-2 kiloparsekų atstumu.
Vienos svarbiausių „žvaigždžių darželių“ yra gigantiški molekuliniai debesys (GMD). Jų dydis gali siekti nuo 5 iki 50 tūkstančių astronominių vienetų. Šie debesys, savo ruožtu, gali skaidytis į mažesnius vienetus - globules. Kuo didesnė globulė, tuo mažiau šviesos ji sugeria. Jos evoliucionuoja link suspaudimo ir tankėjimo, formuodamos tai, ką mokslininkai vadina „protostigmos“.
Kartais žvaigždės gimsta ne po vieną, o grupėmis. Tai matyti ir iš jaunų, šviesių žvaigždžių asociacijų, kurios plečiasi. Tai rodo, kad viename debesies fragmente gali susiformuoti kelios žvaigždės, kurios vėliau išsisklaido.
Įvairios žvaigždžių formavimosi teorijos
Istorijoje buvo pasiūlyta daug teorijų, bandančių paaiškinti žvaigždžių formavimąsi. Nuo senovės graikų idėjų apie "sūkurinę hipotezę" iki XX amžiaus pradžios Džinsos darbų apie gravitacinę nestabilumą. Vėliau atsirado akrecijos teorija, nagrinėjanti medžiagos kaupimąsi, ir kitos, kurios bandė paaiškinti žvaigždžių gimimą per magnetinius laukus ar kitus fizikinius procesus.
Šiuolaikiniai modeliai, remdamiesi termobranduolinio sintezės teorija ir gravitacinio kolapso principais, geriausiai paaiškina stebimus reiškinius. Jie atsižvelgia į visus svarbiausius veiksnius: medžiagos tankį, temperatūrą, gravitaciją, magnetinius laukus ir netgi kosminius spindulius.
Šie modeliai apima ir sudėtingesnius procesus, tokius kaip:
- Gravitacinis kolapsas: kai gravitacija įveikia dujų slėgį ir sukelia debesies susitraukimą.
- Fragmentacija: dideli debesys gali skaidytis į mažesnius fragmentus, iš kurių gimsta kelios žvaigždės.
- Akrecija: medžiagos kaupimas ant jau susidariusio objekto.
- Magnetiniai laukai: jie gali veikti kaip tam tikros „maginės duobės“, stabdydamos ar nukreipdamos dujų srautus.
- Smūginės bangos: jos gali sutankinti tarpžvaigždines dujas ir paskatinti žvaigždžių gimimą.
Šie procesai vyksta ne atskirai, o dažnai kartu, sudarydami sudėtingą ir dinamišką žvaigždžių formavimosi sistemą.
Senoji Animacija - Obuolių maišas senojimanimacija.cf
Nors daugelis teorijų buvo atmestos arba patobulintos, svarbiausia idėja išlieka: žvaigždės gimsta iš tankėjančios tarpžvaigždžių medžiagos dėl gravitacijos jėgų, galiausiai pasiekdamos sąlygas, kurios leidžia įsižiebti termobranduolinėms reakcijoms.
