От чёрных облаков к чёрным дырам

На рис. 32 показана фаза Хаяши на диаграмме Г—Р. Это прямая линия, обозначенная SH (часто называемая тропой Хаяши), при постоянной, температуре 4000 К. Точка S соответствует началу фазы большой светимости, а точка H отмечает конец фазы Хаяши, когда конвекция становится более или менее несущественной. Обратим внимание на промежутки времени, указанные на разных стадиях, вдоль линии SH. Эти цифры показывают, что вначале сжатие было быстрым, а позднее замедлилось.

Если поверхностная температура равна 4000 К, это означает, что протозвезда едва видна в оптическом диапазоне. Однако она очень ярка в инфракрасном диапазоне, по меньшей мере на ранней стадии. При изучении туманности Ориона действительно было обнаружено интенсивное инфракрасное излучение из области 2 на рис. 27. Это главный довод в пользу того, что там рождаются новые звёзды. Так как время, которое проводит протозвезда на тропе Хаяши, составляет несколько миллионов лет (и даже меньше, если ограничиться начальной светящейся фазой), что является очень малой долей всей жизни звезды, можно сравнить фазу Хаяши с младенчеством в человеческой жизни.

В конце фазы Хаяши в «младенческой» протозвезде перенос теплоты от центра к периферии происходит за счёт излучения. Конечно, протозвезда продолжает сжиматься и становится все горячее в центре. Её светимость слегка возрастает, так как перенос за счёт излучения несколько исправляет ситуацию в то время, когда конвекция практически отсутствует. Поэтому на диаграмме Г—Р протозвезда смещается по линии НК. Поверхностная температура поднимается выше 4000 К, но ещё более значителен подъем температуры в центре. Именно это явление приводит в конце концов в точке К к началу жизни звезды в качестве «взрослого» члена звёздной популяции. В точке К звезда попадает на главную последовательность.

Мы отложим обсуждение этой совершенно новой ситуации до следующей главы. Здесь же обратим внимание на другое важное событие, которое может произойти во время рождения звезды. ОБРАЗОВАНИЕ ПЛАНЕТ

Хотя мы описали ранние стадии жизни звезды так, будто она была изолированным облаком, нужно помнить, что это облако находится внутри ГМО, которое, согласно рис. 29, полно неоднородностей, объединённых в комки. Каждый комок является протозвездой; следовательно, звёзды образуются не в изоляции, а группами.

ГМО как целое и особенно его структурные единицы, конденсирующиеся в звёзды, могут вращаться точно так же, как Земля вращается вокруг своей оси. Однако в противоположность тому, что происходит с Землёй, являющейся твёрдым телом, для газового облака получается, что из-за вращения оно не может конденсироваться в шаровидное тело. Дело в том, что вращение порождает новый тип силы, называемой центробежной и играющей важную роль в процессе конденсации.

Рис. 33. Камень, вращающийся по окружности, непрерывно притягивается к центру С силой натяжения Т верёвки. В системе отсчёта, связанной с камнем, это натяжение уравновешивается направленной от центра центробежной силой, в результате камень удерживается на фиксированном расстоянии от С

Из рис. 33 становится ясной природа этой силы. На нём показан камень, привязанный к верёвке и вращающийся по окружности. Человек, который осуществит это вращение, ощутит натяжение верёвки. Она возникает потому, что верёвка стремится притянуть камень по направлению к центру окружности, в то время как камень стремится улететь от центра. Действительно, если верёвка оборвётся, камень улетит.

Центробежная сила характеризует эту тенденцию к «разлёту» вращающегося вещества. Из рис. 34 следует, что благодаря этой тенденции при сжатии газового облака оно расплывается в направлении от оси вращения. В результате облако принимает форму диска, окружающего центральное утолщение.

Рис. 34. Три стадии превращения первоначально сферического вращающегося облака в сплющенный диск с центральным утолщением

Французский математик и физик Лаплас в начале XIX века высказал мысль, что Солнце и планеты могли образоваться из такого сжимающегося и вращающегося облака, причём центральное утолщение образовало Солнце, а диск — планеты.

Однако такая картина нуждается в уточнении. Обнаружено, например, что Солнце вращается вокруг оси, перпендикулярной плоскости, в которой движутся планеты; но оно вращается не так быстро, как должно было бы получаться в рамках описанной выше картины. Более того, диск в такой картине простирается недостаточно далеко для того, чтобы обеспечить образование всех планет. Нужно ещё какое-то обстоятельство, которое не только замедляло бы вращение центрального утолщения, но и значительно увеличивало бы размеры диска.