Звезды рождаются, когда под действием взаимного притяжения происходит коллапс внутренних областей газовых облаков, и становятся полноценными звездами, когда центральная часть их разогревается до такой степени, что в ней могут проходить ядерные реакции. Часть массы звезды в ходе этих реакций превращается в энергию.
Звезды более массивные, чем Солнце, становятся гораздо более яркими, чем оно, и быстро сжигают все имеющееся у них топливо. Если звезда вроде нашего Солнца может просуществовать по меньшей мере 10 млрд. лет, то звезда в 20 раз массивнее проживет всего лишь около 10 млн. лет. Звезды, подобные Солнцу, обычно заканчивают свое существование в виде медленно остывающих белых карликов. Звезды, масса которых в 10 раз или более превосходит массу Солнца, возможно, взорвутся когда-то как сверхновые, их обломки разлетятся в космосе на огромные расстояния, а в центре останутся необычайно плотные нейтронные звезды. Самые массивные звезды, вполне вероятно, превратятся после коллапса их ядер в черные дыры. Астрономы считают, что когда очень массивная звезда израсходует полностью свой запас топлива, она начинает безгранично сжиматься. Чем меньше размер звезды, тем больше становится сила тяготения на ее поверхности. Звезда перестает быть видимой, но ее сжатие продолжается, пока она не достигнет невообразимо малого размера. Сила тяготения в области вокруг этой точки так велика, что не только частицы вещества, даже свет не может ее покинуть. Такую область в пространстве называют черной дырой. Среди ученых распространено мнение, что в центрах большого числа галактик существуют черные дыры.
Звезда, похожая на наше Солнце, образуется, когда облако газа начинает сжиматься благодаря собственной силе тяготения. В процессе сжатия облако разогревается и начинает светиться тусклым красным светом. Когда температура его ядра достигает 10 млн. градусов в результате термоядерных реакций начинает выделяться огромное количество тепла. Звезда превращается в звезду главной последовательности и пребывает в этом состоянии почти без изменений в продолжение последующих 10 млрд. лет. Но в определенный момент запас топлива в ядре оказывается исчерпанным и оно начинает сжиматься, сильно разогреваясь. Сгорание водородного топлива происходит уже не внутри, а вне ядра, и звезда раздувается, превращаясь в красного гиганта, который быстро сжигает остатки топлива. Звезда, сбрасывая внешние слои, образует расширяющуюся внешнюю оболочку, называемую планетарной туманностью. Примером такой туманности является Кольцевая туманность. А из ядра получается белый карлик. В течение последующих миллиардов лет он остывает и угасает, становясь в итоге холодным черным карликом.
Это светящееся газовое облако находится от нас на расстоянии 1600 световых лет, под тремя звездами пояса Ориона. Оно светится потому, что содержит несколько горячих молодых звезд. Наблюдения в инфракрасной области спектра показали, что в этом облаке есть также много звезд, которые еще только формируются.
Сверхновая: взрыв звезды
Внутри звезды, значительно более массивной, чем Солнце, может проходить множество различных ядерных реакций, итогом которых является образование в ядре звезды железного шара. После этого в ядре не остается источников энергии. Это приводит к коллапсу, возникает нейтронная звезда. Внешние оболочки падают на поверхность ядра, и последующий взрыв выбрасывает большую часть звездного вещества в космическое пространство со скоростью более 8 тыс. км/с. Китайские астрономы наблюдали появление сверхновой в 1054 году. Крабовидная туманность в Тельце представляет собой разбросанные взрывом остатки звезды.
Нейтронные звезды быстро вращаются, посылая в пространство электромагнитные волны в виде очень узкого луча. Всякий раз, когда луч оказывается направленным на Землю, мы видим вспышку, напоминающую сигнал маяка. Чтобы уравновесить Солнце, на другой чаше нужно поместить двенадцать коричневых карликов — звезд, обладающих самой малой массой. А для уравновешивания самой массивной звезды понадобилось бы 100 Солнц. Кусочек вещества белого карлика величиной с кубик сахара весил бы как автомобиль. Такой же кубик, но уже из вещества нейтронной звезды был бы равен по весу небольшой горе. Существует много звезд с изменяющимся блеском. Переменные типа цефеид представляют собой стареющие звезды. Они периодически расширяются и сжимаются, и в соответствии с этим изменяются их светимость и температура. Период изменения блеска у крупных и ярких цефеид больше, чем у цефеид меньшей массы и светимости.
Сила черной дыры
Сила тяготения резко возрастает вблизи границы черной дыры. Носовая часть приближающегося к ней космического корабля при этом затягивается центром, а сам корабль вытягивается в длину. Сила, вызывающая такой эффект, называется приливной, она будет быстро возрастать, и корабль окажется раздавленным. Человек, наблюдающий это с большого расстояния, обнаружит удивительную вещь: время на корабле будет замедляться по мере приближения его к черной дыре. На диаграмме для каждой стадии дано соответствующее ей время в секундах сверху — на часах наблюдателя, снизу — на борту корабля. Для наблюдателя падение космического корабля в черную дыру оказывается бесконечно долгим.
Лебедь Х-1
Объект под названием Лебедь Х-1 является одним из источников наблюдаемого на Земле рентгеновского излучения. Лебедь Х-1 состоит из звезды, равной по массе 20 Солнцам, и темного объекта, имеющего массу примерно в 10 раз больше, чем у Солнца, которые совершают полный оборот вокруг друг друга за 5,6 суток. Многие астрономы считают темный объект черной дырой, которая отбирает у звезды вещество, образующее аккреционный диск. Центральная часть диска очень горячая и испускает рентгеновские лучи.
Земля уменьшилась бы до размера этого черного кружка, если бы сжалась, как коллэпсирующая звезда. В действительности такое невозможно, потому что, как считают астрономы, ни одно тело с массой меньше трех масс Солнца не может превратиться в черную дыру.