У космосі відбувається багато дивних речей, в результаті яких з'являються нові зірки, зникають старі та формуються чорні діри. Одним з чудових і загадкових явищ виступає гравітаційний колапс, який закінчує еволюцію зірок. Зоряна еволюція – це цикл змін, прохідний зіркою за період її існування (мільйони чи мільярд років). Коли водень в ній закінчується і перетворюється в гелій, формується гелиевое ядро, а сам космічний об'єкт починає перетворюватися в червоного гіганта – зірку пізніх спектральних класів, яка має високу светимостью. Їх маса може в 70 разів перевищувати масу Сонця. Дуже яскраві надгіганти називаються гипергигантами. Крім високої яскравості вони відрізняються коротким періодом існування.

Сутність колапсу

Це явище вважається кінцевою крапкою еволюції зірок, вага яких становить більше трьох сонячних мас (вага Сонця). Ця величина використовується у астрономії та фізики з метою визначення ваги інших космічних тел. Колапс трапляється в тому разі, коли гравітаційні сили змушують величезні космічні тіла з великою масою дуже швидко стискуватися. В зірках вагою більше трьох мас Сонця є достатньо матеріалу для тривалих термоядерних реакцій. Коли субстанція закінчується, припиняється і термоядерна реакція, а зірки перестають бути механічно стійкими. Це призводить до того, що вони з надзвуковою швидкістю починають стискатися до центру.

Нейтронні зірки

Коли зірки стискуються, це призводить до виникнення внутрішнього тиску. Якщо воно росте з достатньою силою для того, щоб зупинити гравітаційне стиснення, то з'являється нейтронна зірка.


Таке космічне тіло володіє простою структурою. Зірка складається з серцевини, яку покриває кора, а вона, у свою чергу, формується з електронів і ядер атомів. Її товщина дорівнює приблизно 1 км і є відносно тонкою, якщо порівнювати з іншими тілами, що зустрічаються в космосі. Вага нейтронних зірок дорівнює вазі Сонця. Відмінність між ними полягає в тому, що радіус у них невеликий – не більше 20 км. Всередині них взаємодіють один з одним атомні ядра, формуючи, таким чином, ядерну матерію. Саме тиск з її боку не дає нейтронної зірки стискатися далі. Цей тип зірок відрізняється дуже високою швидкістю обертання. Вони здатні здійснювати сотні обертів протягом однієї секунди. Процес народження починається з спалаху наднової, яка виникає під час гравітаційного колапсу зірки.

Наднові

Спалах наднової являє собою явище різкої зміни яскравості зірки. Далі зірка починає повільно і поступово згасати. Так закінчується остання стадія гравітаційного колапсу. Весь катаклізм супроводжується виділенням великої кількості енергії. Слід зауважити, що жителі Землі можуть побачити цей феномен лише постфактум. Світло досягає нашої планети через довгий час після того, як стався спалах. Це стало причиною виникнення складнощів при визначенні природи наднових.

Охолодження нейтронної зірки

Після закінчення гравітаційного стиснення, в результаті якого сформувалася нейтронна зірка, її температура дуже висока (набагато вище, ніж температура Сонця). Остигає зірка завдяки нейтринному охолодженню.
Протягом пари хвилин їх температура може опуститися в 100 разів. Протягом наступних ста років – ще в 10 разів. Після того, як світність зірки знижується, процес її охолодження істотно сповільнюється.

Межа Оппенгеймера-Волкова

З одного боку, цей показник відображає максимально можливий вага нейтронної зірки, при якому гравітація компенсується нейтронним газом. Це не дає можливість гравітаційному колапсу закінчитися появою чорної діри. З іншого боку, так званий межа Оппенгеймера-Волкова є одночасно і нижнім порогом ваги чорної діри, які були утворені в ході його зоряної еволюції. З-за ряду неточностей складно визначити точне значення даного параметра. Однак передбачається, що воно знаходиться в діапазоні від 25 до 3 мас Сонця. На даний момент, вчені стверджують, що найважчою нейтронної зіркою є J0348+0432. Її вага становить більше двох мас Сонця. Вага самої легкої чорної діри становить 5-10 сонячних мас. Астрофізики заявляють про те, що ці дані є експериментальними і стосуються лише на даний момент відомих нейтронних зірок і чорних дір і припускають можливість існування більш масивних.

Чорні діри

Чорна діра – це один з найбільш дивовижних феноменів, що зустрічаються в космосі. Вона являє собою область простору-часу, де гравітаційне тяжіння не дозволяє ніяким об'єктів вийти з неї. Покинути її не здатні навіть тіла, які можуть рухатися зі швидкістю світла (в тому числі і кванти самого світу). До 1967 року чорні діри називалися «застиглими зірками», «коллапсарами» і «сколлапсировавшими зірками». У чорної діри є протилежність. Вона називається білою дірою. Як відомо, з чорної дірки неможливо вибратися. Що ж до білих, то в них не можна проникнути. Крім гравітаційного колапсу, причиною утворення чорної діри може бути колапс в центрі галактики або протогалактического очі. Також існує теорія, що чорні дірки з'явилися в результаті Великого Вибуху, як і наша планета. Вчені називають їх первинними.
У нашій Галактиці є одна чорна діра, яка, на думку астрофізиків, утворилася через гравітаційного колапсу надмасивних об'єктів. Вчені стверджують, що подібні діри формують ядра безлічі галактик. Астрономи Сполучених Штатів Америки припускають, що розмір великих чорних дірок може бути істотно недооцінений. Їх припущення грунтуються на тому, що для досягнення зірками тієї швидкості, з якою вони рухаються по галактиці М87 що знаходиться в 50 мільйонах світлових років від нашої планети, маса чорної діри в центрі галактики М87 повинна бути не менше 65 мільярдів мас Сонця. На даний момент прийнято вважати, що вагу найбільшої чорної діри становить 3 мільярди сонячних мас, тобто більш ніж в два рази менше.

Синтез чорних дір

Існує теорія, що ці об'єкти можуть з'являтися в результаті ядерних реакцій. Вчені дали їм назву квантові чорні дари. Їхній мінімальний діаметр складає 10 -18 м, а найменша маса – 10 -5 р. Для синтезу мікроскопічних чорних дір був побудований Великий адронний коллайдер. Передбачалося, що з його допомогою вдасться не тільки синтезувати чорну діру, але й змоделювати Великий Вибух, що дало б змогу відтворити процес утворення безлічі космічних об'єктів, у тому числі і планети Земля. Однак експеримент провалився, оскільки енергії для створення чорних дір не вистачило.