Андрієвський С.М. Климишин І.А. Курс загальної астрономії. Навчальний посібник

Подождите немного. Документ загружается.

431

Óù³ëüíåííÿ, ùî ôîðìóºòüñÿ â öåíòðàëüí³é çîí³ ïðîòîçîð³, ìîæå ïîçáó-

òèñÿ ñâîãî ìîìåíòó ê³ëüêîñò³ ðóõó øëÿõîì éîãî ïåðåäà÷³ ïåðèôåð³éíèì

÷àñòèíàì õìàðè, çàâäÿêè ìàãí³òíèì ïîëÿì, ÿê³ ¿¿ ïðîíèçóþòü, à òàêîæ òóð-

áóëåíòíèì ðóõàì (íàÿâí³ñòü â’ÿçêîãî òåðòÿ).

21.3. Â³äõ³ä çîð³ â³ä ãîëîâíî¿ ïîñë³äîâíîñò³

Ïåðåáóâàííÿ çîð³ íà ãîëîâí³é ïîñë³äîâíîñò³ òðèâàº äî òèõ ï³ð, ïîêè â

¿¿ íàäðàõ íå âè÷åðïàºòüñÿ ÿäåðíå ïàëèâî — âîäåíü. Òî÷í³øå, ÿê öå âèçíà-

÷èëè ó 1942 ð. Ì. Øåíáåðã (1914–1990, Áðàç³ë³ÿ) ³ Ñ. ×àíäðàñåêàð (1910–

1995, ÑØÀ), ïîêè â öåíòð³ çîð³ íå óòâîðèòüñÿ ãåë³ºâå ÿäðî ç ìàñîþ 10%–

20% ìàñè Ñîíöÿ. ×àñ, çà ÿêèé çîðÿ äîñÿãàº åâîëþö³éíî¿ ìåæ³ Øåíáåðãà

— ×àíäðàñåêàðà (òîáòî ÷àñ ïåðåáóâàííÿ íà ãîëîâí³é ïîñë³äîâíîñò³), îö³-

íþþòü ôîðìóëîþ:

2,5

ГП

−



∝≈







ðîê³â. (21.3)

Òóò âðàõîâàíî, ùî ñâ³òí³ñòü çîð³ â³äïîâ³äíî äî ñï³ââ³äíîøåííÿ (14.4)

L ∼ M

3,5

³ ùî çàïàñè òåðìîÿäåðíî¿ åíåðã³¿ ïðîïîðö³éí³ ïîâí³é ìàñ³ çîð³. ßê

âèäíî ç öüîãî ñï³ââ³äíîøåííÿ, çîðÿ ñïåêòðàëüíîãî êëàñó Â0, ùî ìàº ìàñó

áëèçüêî M = 20M



, ïåðåáóâàº íà ãîëîâí³é ïîñë³äîâíîñò³ äåê³ëüêà ì³ëüéî-

í³â ðîê³â, çîðÿ òèïó Ñîíöÿ ïðè M = 1M



— ïðîòÿãîì 10 ìëðä. ðîê³â, à ÷åð-

âîíèé êàðëèê ç ìàñîþ M = 0,5M



— áëèçüêî 100 ìëðä. ðîê³â.

Ç ïîñòóïîâèì çìåíøåííÿì âì³ñòó âîäíþ â ÿäð³ çîð³ êîåô³ö³ºíò íåïðî-

çîðîñò³ ðå÷îâèíè ÿäðà òåæ çìåíøóºòüñÿ. Öå ïðèçâîäèòü äî áåçïåðåðâíî¿

ïåðåáóäîâè çîð³ ³, ïî÷èíàþ÷è ç ïåâíîãî ìîìåíòó, òàêà ïåðåáóäîâà ñóïðî-

âîäæóºòüñÿ ñòèñêàííÿì ÿäðà. Çîðÿ íà ä³àãðàì³ åôåêòèâíà òåìïåðàòóðà —

ñâ³òí³ñòü ïåðåì³ùóºòüñÿ âïðàâî â³ä ãîëîâíî¿ ïîñë³äîâíîñò³ ó íàïðÿìêó ï³ç-

í³øèõ ñïåêòðàëüíèõ êëàñ³â, ÿê öå ïîêàçàíî íà ðèñ. 21.3. Çàãàëüíà êàðòèíà

ïîäàëüøî¿ åâîëþö³¿ çîð³ ï³ñëÿ ãîëîâíî¿ ïîñë³äîâíîñò³ — íàéá³ëüø òðèâàëî¿

ñòàä³¿ ¿¿ ³ñíóâàííÿ — ³ñòîòíî çàëåæèòü â³ä âåëè÷èíè ¿¿ ìàñè.

×àñòèíà ïîòåíö³àëüíî¿ åíåðã³¿ ÿäðà, ÿêå çíàõîäèòüñÿ ó ôàç³ ãðàâ³òà-

ö³éíîãî ñòèñêàííÿ, ïåðåõîäèòü ó òåïëî, òîæ òåìïåðàòóðà â ÿäð³ çðîñòàº.

Âîíà òàêîæ çðîñòàº ³ ó øàð³, ÿêèé áåçïîñåðåäíüî îòî÷óº çîðÿíå ÿäðî.

Ïðè äîñÿãíåí³ êðèòè÷íîãî çíà÷åííÿ òåìïåðàòóðè âæå òóò ïî÷èíàºòüñÿ

ïåðåá³ã ðåàêö³é ñèíòåçó ãåë³þ ç âîäíþ. Îñê³ëüêè âîäåíü ó çãàäàíîìó øàð³

ïîñòóïîâî ïåðåðîáëÿºòüñÿ ó ãåë³é, òî ìàñà ãåë³ºâîãî ÿäðà çîð³ áåçïåðåð-

âíî çðîñòàº. Öå ïðèçâîäèòü äî ëîêàëüíîãî çá³ëüøåííÿ ñèëè òÿæ³ííÿ, äî

ïîäàëüøîãî ñòèñêàííÿ ÿäðà ³ äîäàòêîâîãî çðîñòàííÿ òåìïåðàòóðè â íüî-

ìó. Òðèâàë³ñòü îïèñàíîãî âèùå ïðîöåñó äóæå êîðîòêà — âñüîãî áëèçüêî

Розділ21.Проблемиосмо:онії

432

1% â³ä òðèâàëîñò³ ïîïåðåäíüî¿ åâîëþö³éíî¿ ñòàä³¿ ãîëîâíî¿ ïîñë³äîâíî-

ñò³. Åíåðã³ÿ, ùî âèä³ëÿºòüñÿ â íàäðàõ çîð³ çà òàêèé äîñòàòíüî êîðîòêèé

÷àñ, íå âñòèãàº åôåêòèâíî â³äâîäèòèñü íàçîâí³ ïåðåâèïðîì³íþâàííÿì

ôîòîí³â, òîìó âèíèêàþòü êîíâåêòèâí³ åëåìåíòè, ³ äóæå øâèäêî

âèð³øàëüíèì ìåõàí³çìîì ïåðåíåñåííÿ åíåðã³¿ ñòàº êîíâåêö³ÿ. Îáîëîí-

êà çîð³ ðîçøèðþºòüñÿ äî ðîçì³ð³â 10–100R



, òîáòî íàáàãàòî á³ëüøèõ çà

ïî÷àòêîâèé ðàä³óñ çîð³. Ï³ä ÷àñ ðîçøèðåííÿ îáîëîíêè ñâ³òí³ñòü çîð³ çà-

ëèøàºòüñÿ ïðàêòè÷íî íåçì³ííîþ, à ïîâåðõíåâà òåìïåðàòóðà çã³äíî ç ð³-

âíÿííÿì (14.2) çíèæóºòüñÿ äî 3000–4000 Ê. Òàê âíàñë³äîê çì³í, ùî â³ä-

áóâàþòüñÿ ï³ñëÿ âè÷åðïàííÿ çàïàñ³â âîäíåâîãî ïàëèâà ó çîðÿíîìó ÿäð³,

çîðÿ ñòàº ÷åðâîíèì ã³ãàíòîì àáî íàäã³ãàíòîì.

Óâåñü åâîëþö³éíèé øëÿõ çîð³ ³ñòîòíî çàëåæèòü â³ä ¿¿ ìàñè. Ìàñà º îñíî-

âíîþ õàðàêòåðèñòèêîþ, ùî âèçíà÷àº õàðàêòåð, òðèâàë³ñòü ³ ïîñë³äîâí³ñòü

çì³í, ÿê³ â³äáóâàþòüñÿ ³ç çîðåþ â³ä ìîìåíòó íàðîäæåííÿ äî ê³íöåâîãî åòà-

ïó ¿¿ åâîëþö³¿. Òîìó äîö³ëüíî ðîçãëÿíóòè äàë³ öå ïèòàííÿ äåòàëüí³øå.

21.4. Îñîáëèâîñò³ åâîëþö³¿ ç³ð ìàëèõ ìàñ. Óòâîðåííÿ

ïëàíåòàðíèõ òóìàííîñòåé ³ á³ëèõ êàðëèê³â

Çîð³ ç ìàñîþ ìåíøîþ 0,075M



. Òåìïåðàòóðà ó öåíòð³ çîð³ ç òàêîþ ìà-

ëîþ ìàñîþ í³êîëè íå äîñÿãàº çíà÷åííÿ, ïðè ÿêîìó «âìèêàºòüñÿ» âîäíå-

âå òåðìîÿäåðíå äæåðåëî åíåðã³¿. Áåç íüîãî æ çîðÿ íå â çìîç³ ïðîòèñòîÿ-

Ð è ñ. 21.3. Åâîëþö³éí³ òðåêè ç³ð ð³çíèõ ìàñ; øòðèõîâà ë³í³ÿ âêàçóº ïîëî-

æåííÿ ãîëîâíî¿ ïîñë³äîâíîñò³

ЧастинаVIII.Проблемиосмо:оніїтаосмоло:ії

433

òè ñèëàì ñàìîãðàâ³òàö³¿, âîíà çàçíàº ïîñòóïîâîãî ñòèñêàííÿ, âòðà÷àþ-

÷è çà ðàõóíîê âèïðîì³íþâàííÿ âíóòð³øíþ òåïëîâó åíåðã³þ. Íàéìåíø

ìàñèâí³ çîð³, ôàêòè÷íî âæå — ïëàíåòîïîä³áí³ ò³ëà, öå — êîðè÷íåâ³ êàð-

ëèêè. ¯õí³ ìàñè ëèøå â äåñÿòêè ðàç³â ïåðåâèùóþòü ìàñó Þï³òåðà. Öå —

ñëàáîñâ³òí³ îá’ºêòè â³äíîñíî íåâåëèêîãî ðàä³óñà ç òåìïåðàòóðîþ ïîâåð-

õí³ áëèçüêî 2000 Ê.

Çîð³ ç ìàñîþ â ³íòåðâàë³ 0,075M



< M < 0,25M



. Ï³ñëÿ ôîðìóâàííÿ òà-

êî¿ çîð³ òåìïåðàòóðà â ¿¿ íàäðàõ ìîæå äîñÿãòè 5·10

–10

Ê. Öüîãî âæå äî-

ñòàòíüî äëÿ ïåðåá³ãó òåðìîÿäåðíèõ ðåàêö³é «ãîð³ííÿ» âîäíþ, àæ äî ïåðå-

òâîðåííÿ éîãî, ÷åðåç äåñÿòêè ì³ëüÿðä³â ðîê³â íà ãåë³é. Ï³ñëÿ öüîãî çîðÿ ïî-

ñòóïîâî îõîëîíå, âòðà÷àþ÷è çàïàñè âíóòð³øíüî¿ åíåðã³¿ ðàçîì ³ç

âèïðîì³íþâàííÿì.

Çîð³ ç ìàñîþ 0,25M



< M < 1,5M



. Öåíòðàëüíà òåìïåðàòóðà â íèõ äî-

ñÿãàº 10

—

2·10

Ê, ùî çàáåçïå÷óº ïåðåá³ã ðåàêö³¿ «ãîð³ííÿ» âîäíþ â ïðî-

òîí-ïðîòîííîìó öèêë³. Êîëè âîäíþ â çîí³ òåðìîÿäåðíèõ ðåàêö³é ñòàº çà-

ìàëî, çîðÿíå ÿäðî, ùî íà öåé ÷àñ âæå ñêëàäàºòüñÿ â îñíîâíîìó ç ãåë³þ, ï³ä

ä³ºþ ñèëè òÿæ³ííÿ ñòèñêóºòüñÿ ³ ðîç³ãð³âàºòüñÿ äî òåìïåðàòóð, âèùèõ çà 100

ì³ëüéîí³â êåëüâ³í³â. Çà òàêèõ óìîâ òåïåð âæå ãåë³é ïî÷èíàº ïåðåòâîðþâà-

òèñÿ íà âóãëåöü ó ïîòð³éíîìó α-öèêë³ (ðåàêö³ÿ 14.21, à). Âíàñë³äîê çíà÷-

íîãî çðîñòàííÿ ãóñòèíè ãàçó â ÿäðàõ ç³ð ç ìàñîþ, ìåíøîþ çà 1,5M



, «çàãî-

ðàííÿ» ãåë³þ â³äáóâàºòüñÿ íå â ñïîê³éíîìó ðåæèì³, à â ôîðì³ ãåë³ºâèõ ñïà-

ëàõ³â. Çîðÿ íà öåé ÷àñ ìàº ïðîòÿæíó îáîëîíêó, âèÿâëÿþ÷è ñåáå ÿê ÷åðâîíèé

íàäã³ãàíò.

Ïîêè ãåë³é ïåðåòâîðþºòüñÿ â ÿäð³ çîð³ íà âóãëåöü, âîäåíü ïðîäîâæóº

«ãîð³òè» â ïðîòÿæíîìó øàð³, ùî îòî÷óº ÿäðî. Â ì³ðó âè÷åðïóâàííÿ ãå-

ë³þ â çîðÿíîìó ÿäð³, çîíà éîãî «ãîð³ííÿ» ïåðåì³ùóºòüñÿ âñå äàë³ â³ä

öåíòðà çîð³, äå º ãåë³é ³ äå òåìïåðàòóðà äîñòàòíüî âèñîêà. Íà öüîìó åòà-

ï³ çîðÿ ïî÷èíàº âòðà÷àòè ñâîþ ðîçøèðåíó îáîëîíêó, êîòðà ï³ä òèñêîì

âèïðîì³íþâàííÿ, ÿêå éäå ç ãàðÿ÷èõ ãëèáîêèõ øàð³â çîð³, ïîñòóïîâî ðîç-

ñ³þºòüñÿ ó ì³æçîðÿíîìó ïðîñòîð³. Çàì³ñòü ÷åðâîíîãî íàäã³ãàíòà çàëèøà-

ºòüñÿ éîãî ÿäðî — äóæå ãàðÿ÷èé ³ ù³ëüíèé á³ëèé êàðëèê, ùî ñêëàäàºòü-

ñÿ â îñíîâíîìó ç âóãëåöþ òà ãåë³þ. Ñôåðè÷íà æ îáîëîíêà, ÿêà îòî÷óâà-

ëà çîðþ, ðîçøèðþºòüñÿ ç³ øâèäê³ñòþ ê³ëüêà äåñÿòê³â ê³ëîìåòð³â çà

ñåêóíäó ³ ìàº ä³àìåòð â³ä òèñÿ÷ äî ñîòåíü òèñÿ÷ à. î. Òàê óòâîðþºòüñÿ ïëà-

íåòàðíà òóìàíí³ñòü. ßäåðí³ ðåàêö³¿ â á³ëîìó êàðëèêó ïðèïèíÿþòüñÿ. Â³í

ïîñòóïîâî îõîëîäæóºòüñÿ, âèïðîì³íþþ÷è â ì³æçîðÿíèé ïðîñò³ð çàïàñè

ñâîº¿ òåïëîâî¿ åíåðã³¿. ×åðåç äåê³ëüêà ì³ëüÿðä³â ðîê³â òàêà çîðÿ îõîëî-

äæóºòüñÿ íàñò³ëüêè, ùî ñòàº òåìíèì, íåñâ³òíèì îá’ºêòîì. Îáîëîíêà íà

òîé ÷àñ âæå ïîâí³ñòþ ðîçñ³ºòüñÿ â ì³æçîðÿíîìó ïðîñòîð³. Òàêèì, çîêðå-

ìà, îð³ºíòîâíî ÷åðåç 5 ì³ëüÿðä³â ðîê³â áóäå çàâåðøàëüíèé åòàï åâîëþ-

ö³¿ íàøîãî Ñîíöÿ.

Розділ21.Проблемиосмо:онії

434

21.5. Åâîëþö³ÿ ìàñèâíèõ ç³ð. Íàäíîâ³ çîð³. Óòâîðåííÿ

íåéòðîííèõ ç³ð òà ÷îðíèõ ä³ð

Çîð³ ç ìàñîþ â ³íòåðâàë³ 1,5M



< M < 8M



. Öå — çîð³ ïðîì³æíî¿ ìàñè.

Îäðàçó æ ï³ñëÿ ôîðìóâàííÿ çîð³ òàêî¿ ìàñè, òåìïåðàòóðà â ¿¿ öåíòð³

çðîñòàº äî 20 ì³ëüéîí³â ãðàäóñ³â ³ âèùå, ùî çàáåçïå÷óº ïåðåá³ã âóãëå-

öåâîãî öèêëó òåðìîÿäåðíîãî «ãîð³ííÿ» âîäíþ, â³í ³ º îñíîâíèì äæå-

ðåëîì åíåðã³¿ â óñ³õ çîðÿõ, ìàñà ÿêèõ ïåðåâèùóº ï³âòîðè ñîíÿ÷í³ ìàñè.

Óïðîäîâæ ê³ëüêîõ äåñÿòê³â ì³ëüéîí³â ðîê³â çàïàñè âîäíåâîãî ïàëèâà â

çîí³ òåðìîÿäåðíèõ ðåàêö³é âè÷åðïóþòüñÿ. Ïðàêòè÷íî âåñü âîäåíü âæå

ïåðåðîáëåíèé íà ãåë³é, àëå äëÿ «çàãîðÿííÿ» îñòàííüîãî òåìïåðàòóðà ùå

íåäîñòàòíÿ. Òîìó çîðÿíå ÿäðî ñòèñêàºòüñÿ, ñóòòºâî ðîç³ãð³âàþ÷èñü. Ó

íàãð³òèõ äî âèñîêî¿ òåìïåðàòóðè øàðàõ, ÿê³ îòî÷óþòü çîðÿíå ÿäðî, ïî-

÷èíàþòüñÿ ðåàêö³¿ ïåðåòâîðåííÿ âîäíþ ó ãåë³é. Íàäëèøêîâà åíåðã³ÿ,

ùî íàäõîäèòü äî îáîëîíêè çîð³, ñïðè÷èíÿº ³ñòîòíå çá³ëüøåííÿ ¿¿ ðàä³-

óñà òà îõîëîäæåííÿ ïîâåðõí³. Çîðÿ øâèäêî ïåðåòâîðþºòüñÿ íà ÷åðâî-

íèé íàäã³ãàíò.

Çðîñòàííÿ òåìïåðàòóðè â ÿäð³, ÿêå áåçïåðåðâíî ñòèñêóºòüñÿ, äî 100 ì³-

ëüéîí³â ãðàäóñ³â âðåøò³-ðåøò ïðèçâîäèòü äî «çàãîðÿííÿ» ãåë³þ. Òóò âæå

ñòèñêàííÿ ÿäðà ïðèïèíÿºòüñÿ ³ íàâ³òü çì³íþºòüñÿ íà äåÿêå çá³ëüøåííÿ éîãî

ðîçì³ð³â. Îáîëîíêà çîð³ â³äãóêóºòüñÿ íà öåé ïðîöåññ çìåíøåííÿì ðàä³óñó ³

çðîñòàííÿì ïîâåðõíåâî¿ òåìïåðàòóðè. Òàêèì ÷èíîì, íà ä³àãðàì³ åôåêòèâ-

íà òåìïåðàòóðà — ñâ³òí³ñòü çîðÿ â³äíîñíî ã³ëêè ÷åðâîíèõ íàäã³ãàíò³â çì³-

ùóºòüñÿ ë³âîðó÷. Â ì³ðó âè÷åðïóâàííÿ ãåë³þ ó çîðÿíîìó ÿäð³ òà çá³ëüøåí-

íÿ êîíöåíòðàö³¿ ñèíòåçîâàíîãî âóãëåöþ — ïðîäóêòó ïîòð³éíî¿ α-ðåàêö³¿,

çîíà ãîð³ííÿ ïåðåì³ùóºòüñÿ âñå äàë³ â³ä öåíòðà äî ïîâåðõí³. Ï³ñëÿ òîãî, ÿê

çàïàñè ãåë³þ â ÿäð³ îñòàòî÷íî âè÷åðïóþòüñÿ, âîíî, ïîçáàâëåíå òåðìîÿäåð-

íîãî äæåðåëà åíåðã³¿, âòðà÷àº ñò³éê³ñòü ³ çíîâó ïî÷èíàº ñòèñêàòèñÿ, ùî ñó-

ïðîâîäæóºòüñÿ ïîâòîðíèì ôîðìóâàííÿì óñåðåäèí³ çîð³ ïðîòÿæíî¿ êîíâåê-

òèâíî¿ çîíè. Çîðÿ çíîâó ïåðåñóâàºòüñÿ âïðàâî ó çîíó ÷åðâîíèõ íàäã³ãàíò³â,

îïèñóþ÷è òèì ñàìèì íà ä³àãðàì³ åôåêòèâíà òåìïåðàòóðà — ñâ³òí³ñòü ïåòëþ

(äèâ. ðèñ. 21.3). Òàêå ïåòëåïîä³áíå ïåðåì³ùåííÿ âëàñòèâå äëÿ ç³ð ç ìàñîþ

3–10M



. Â ìîìåíòè ïåðåáóäîâè ñòðóêòóðè îáîëîíêè çîðÿ ñòàº äèíàì³÷íî

íåñò³éêîþ. Â ¿¿ îáîëîíö³ çáóäæóþòüñÿ ³ ï³äòðèìóþòüñÿ ïóëüñàö³¿, òîáòî çîðÿ

ñòàº ïóëüñóþ÷îþ çì³ííîþ. Öå óçãîäæóºòüñÿ ç³ ñïîñòåðåæóâàíèì ïîëîæåí-

íÿì çì³ííèõ ïóëüñóþ÷èõ ç³ð, — íàïðèêëàä, öåôå¿ä — íà ä³àãðàì³ åôåêòèâ-

íà òåìïåðàòóðà — ñâ³òí³ñòü (ðèñ. 16.5).

Ïîäàëüøà åâîëþö³ÿ ìàñèâíî¿ çîð³ çàëåæèòü â³ä áàãàòüîõ ÷èííèê³â, çî-

êðåìà, â³ä ¿¿ ìàñè ³ òåìïó âòðàòè ìàñè ç ïîâåðõí³. Ùîäî ç³ð ³ç ìàñîþ â³ä

1,5M



äî 3–5 M



, òî, ³ìîâ³ðíî, âîíè çàâåðøóþòü ñâîº ³ñíóâàííÿ â òàêèé

ñïîñ³á. Ñòèñíåííÿ âóãëåöåâîãî ÿäðà ïðîäîâæóºòüñÿ àæ äî äîñÿãíåííÿ ãóñ-

òèíè 2·10

ã/ñì

³ òåìïåðàòóðè áëèçüêî ï³âì³ëüÿðäà ãðàäóñ³â. Çà òàêèõ óìîâ

âóãëåöü «çàãîðÿºòüñÿ» â ðåæèì³ òåðìîÿäåðíîãî âèáóõó, ÿêèé, íàéâ³ðîã³ä-

ЧастинаVIII.Проблемиосмо:оніїтаосмоло:ії

435

í³øå, ö³ëêîì ðóéíóº çîðþ. Íå âèêëþ÷åíå, ùî ñàìå òàêèé ô³íàë çîðÿíî¿

åâîëþö³¿ âèÿâëÿº ñåáå ñïàëàõàìè Íàäíîâèõ Ib òèïó.

Ó ç³ð ç ìàñîþ â³ä 3–5M



äî 8M



ãóñòèíà ÿäðà, ÿêå ñêëàäàºòüñÿ ìàéæå

ö³ëêîâèòî ç âóãëåöþ, âèÿâëÿºòüñÿ äåùî ìåíøîþ, í³æ ó ç³ð ç ìàñîþ â³ä 1,5M



äî 3–5M



, ³ òóò âóãëåöü ïî÷èíàº ïåðåòâîðþâàòèñÿ íà ìàãí³é (ðåàêö³ÿ

14.22à) òà êèñåíü (ðåàêö³ÿ 14.21á ì³æ ÿäðàìè âóãëåöþ òà çàëèøêàìè ãåë³þ)

â ðåæèì³ ñïîê³éíîãî òåðìîÿäåðíîãî «ãîð³ííÿ». Çîðÿ ó öåé ÷àñ ìàº äóæå

ñêëàäíó ñòðóêòóðó: â ¿¿ öåíòð³ «ãîðèòü» âóãëåöü ³ ñèíòåçóºòüñÿ ìàãí³é, ó â³ä-

íîñíî æ òîíêîìó øàð³, ÿêèé îòî÷óº ÿäðî, «ãîðèòü» ãåë³é ³ óòâîðþºòüñÿ âó-

ãëåöü, à ùå âèùå âîäåíü ïåðåòâîðþºòüñÿ íà ãåë³é. ßêùî çîðÿ ç äåÿêèõ ïðè-

÷èí âòðàòèòü, ñêèäàþ÷è îáîëîíêó, á³ëüøó ÷àñòèíó ñâîº¿ ìàñè, òî ¿¿ ìîæíà

ñïîñòåð³ãàòè ÿê ïëàíåòàðíó òóìàíí³ñòü ç âóãëåöåâî-êèñíåâî-ìàãí³ºåâèì

á³ëèì êàðëèêîì ó öåíòð³.

Çîð³ ç ìàñîþ M



> 8M



. ¯õ åâîëþö³ÿ ñõîæà ç åâîëþö³ºþ ìåíø ìàñèâíèõ

ç³ð àæ äî ñòàä³¿ «ãîð³ííÿ» âóãëåöþ â çîðÿíîìó ÿäð³. ßê ³ â ïîïåðåäíüîìó

âèïàäêó, òóò çîðÿíå ÿäðî îòî÷åíå øàðîì, â ÿêîìó «ãîðèòü» ãåë³é, à ùå âèùå

— âîäåíü. Â ì³ðó âè÷åðïóâàííÿ âóãëåöþ ÿäðî ñòèñêàºòüñÿ ³ ðîç³ãð³âàºòüñÿ,

â íüîìó ðîçïî÷èíàþòüñÿ òåðìîÿäåðí³ ðåàêö³¿ çà ó÷àñòþ êèñíþ, íåîíó (íà-

ïðèêëàä, ðåàêö³¿ 14.23à–â), à êîëè òåìïåðàòóðà ó öåíòðàëüí³é ÷àñòèí³ çî-

ðÿíîãî ÿäðà äîñÿãíå ì³ëüÿðäà ãðàäóñ³â, — ðåàêö³¿ çà ó÷àñòþ ÿäåð ìàãí³þ,

êðåìí³þ ³ ñ³ðêè. Òåðìîÿäåðíå æ «ãîð³ííÿ» íåîíó, êèñíþ ³ âóãëåöþ çì³ùó-

ºòüñÿ äàë³ â³ä öåíòðà, â ò³ øàðè, äå º íåîáõ³äíà ê³ëüê³ñòü öüîãî ïàëèâà. Çîíà

«ãîð³ííÿ» ãåë³þ òà âîäíþ òàêîæ çì³ùóºòüñÿ äàë³ â³ä öåíòðà ³ áëèæ÷å äî çî-

ðÿíî¿ ïîâåðõí³. Ñòðóêòóðà çîð³ íàãàäóº öèáóëèíó, äå êîæíèé øàð âèðîá-

ëÿº åíåðã³þ çà ðàõóíîê ïåâíèõ òåðìîÿäåðíèõ ðåàêö³é — ÷èì áëèæ÷å äî

öåíòðà çîð³, òèì â³ðîã³äí³øèìè º ðåàêö³¿ ì³æ ÿäðàìè ç á³ëüøèì çàðÿäîì.

Ïåðåá³ã ðåàêö³é ì³æ ÿäðàìè ãåë³þ, êèñíþ, íåîíó, ìàãí³þ, êðåìí³þ ³ ñ³ðêè

âðåøò³-ðåøò âåäå äî ñèíòåçó ÿäåð çàë³çà, à òàêîæ åëåìåíò³â ãðóïè çàë³çà (â³ä

ñêàíä³þ äî í³êåëþ).

ßê çíàºìî, ñàì³ ÿäðà çàë³çà ó÷àñò³ â òåðìîÿäåðíèõ ðåàêö³ÿõ íå áåðóòü,

òîìó â ì³ðó íàêîïè÷åííÿ çàë³çà â çîðÿíîìó ÿäð³ îñòàííº âòðà÷àº ñòàá³ëü-

í³ñòü ³ ïî÷èíàº ñòèñêàòèñÿ. Êîëè òåìïåðàòóðà ïåðåâèùèòü 10

Ê, âèñîêî-

åíåðã³éí³ γ-êâàíòè, ùî íàðîäæóþòüñÿ â òàê³é ãàðÿ÷³é ïëàçì³, ç³øòîâõóþ-

÷èñü ³ç ÿäðàìè çàë³çà, ðóéíóþòü ¿õ. Ñõåìàòè÷íî ïðîöåñ ôîòîäèñîö³àö³¿ ÿäåð

âèãëÿäàº òàê:

56 4

Fe 13 He 4n

26 2

He 2n 2p

→+

(21.4)

Ö³ ðåàêö³¿ éäóòü ç ïîãëèíàííÿì çíà÷íî¿ ê³ëüêîñò³ åíåðã³¿. Â³ëüí³ ïðîòî-

íè âçàºìîä³þòü ç åëåêòðîíàìè â ïëàçì³ çîðÿíèõ íàäð ç óòâîðåííÿì íåéò-

ðîí³â ³ íåéòðèíî. ßê íàñë³äîê ïåðåá³ãó ðåàêö³é (21.4), â ïëàçì³ âèíèêàº âå-

Розділ21.Проблемиосмо:онії

436

ëèêà ê³ëüê³ñòü â³ëüíèõ íåéòðîí³â. Â³äáóâàºòüñÿ òàê çâàíà íåéòðîí³çàö³ÿ çî-

ðÿíîãî ãàçó. Íåéòðèíî, ÿê³ íàðîäæóºòüñÿ ï³ä ÷àñ íåòðîí³çàö³¿, âèíîñÿòü

åíåðã³þ ïîçà ìåæ³ çîðÿíîãî ÿäðà, ÷èì ñóòòºâî îõîëîäæóþòü éîãî. Ïðè

òåìïåðàòóðàõ, á³ëüøèõ â³ä 3·10

Ê, çíà÷íà ê³ëüê³ñòü íåéòðèíî é àíòèíåéò-

ðèíî óòâîðþºòüñÿ òàêîæ âíàñë³äîê ðîçñ³þâàííÿ ãàììà-êâàíò³â íà â³ëüíèõ

åëåêòðîíàõ (çà ñõåìîþ e + γ → e + ν +

), òàêîæ — ïðè â³ëüíèõ ïåðåõîäàõ

åëåêòðîí³â e ó ïîë³ àòîìíèõ ÿäåð Z ³ ò. ä.

Íåéòðèííå îõîëîäæåííÿ âåäå äî ïðîãðåñóþ÷î¿ âòðàòè ñò³éêîñò³ ÿäðà çîð³.

Çîâí³øí³ øàðè çîð³ áóêâàëüíî çàâàëþþòüñÿ íà ¿¿ ÿäðî, ùî âòðàòèëî ãðàâ³òà-

ö³éíó ð³âíîâàãó. Çà ÷àñòêè ñåêóíäè ÿäðî ñòèñêàºòüñÿ äî â³äíîñíî ìàëèõ ðîç-

ì³ð³â (éîãî ðàä³óñ òåïåð ñêëàäàº âñüîãî áëèçüêî 10 êì, ìàñà æ, ùî ì³ñòèòüñÿ

â òàêîìó íåâåëèêîìó îá’ºì³, ïåðåâèùóº ìàñó Ñîíöÿ). Öå êàòàñòðîô³÷íå ñòèñ-

êàííÿ ÿäðà ìàº íàçâó ãðàâ³òàö³éíèé êîëàïñ. Ãóñòèíà çîðÿíîãî ÿäðà, ÿêå íà

ìîìåíò êîëàïñó ìàéæå ïîâí³ñòþ ñêëàäàºòüñÿ ³ç âèðîäæåíîãî íåéòðîííîãî

ãàçó, ñÿãàº 10

ã/ñì

(à ï³ñëÿ çàê³í÷åííÿ ôîðìóâàííÿ íåéòðîííî¿ çîð³ ãóñòè-

íà ñÿãàº 10

–10

ã/ñì

). ² ñàìå çà òàêî¿ ãóñòèíè òèñê ó çîðÿíîìó ÿäð³ çäàò-

íèé ïðîòèñòîÿòè ñèë³ ãðàâ³òàö³¿. Êîëàïñ ÿäðà ìèòòºâî ïðèïèíÿºòüñÿ, à ðå-

÷îâèíà çîâí³øí³õ øàð³â çîð³, ÿêà âñå ùå ïàäàº íà ÿäðî, ç³øòîâõóþ÷èñü ç íèì,

ð³çêî ãàëüìóºòüñÿ ³ ñèëüíî ðîç³ãð³âàºòüñÿ. Òóò ïî÷èíàºòüñÿ âèáóõîâà òåðìî-

ÿäåðíà ðåàêö³ÿ. Ïðè ç³òêíåíí³ ãàçó îáîëîíêè ç íåéìîâ³ðíî òâåðäèì íåéòðîí-

íèì ÿäðîì çîð³ óòâîðþºòüñÿ ïîòóæíà óäàðíà õâèëÿ, ÿêà ç ïðèñêîðåííÿì ðó-

õàºòüñÿ íàçîâí³. Ñàìå ñï³ëüíà ä³ÿ óäàðíî¿ õâèë³ òà òåðìîÿäåðíîãî âèáóõó ïðè-

âîäèòü äî ñêèäàííÿ çîðÿíî¿ îáîëîíêè ó ì³æçîðÿíèé ïðîñò³ð ç³ øâèäê³ñòþ

5000–10 000 êì/ñ. Íà ì³ñö³ êîëèñü ìàñèâíî¿ çîð³ çàëèøàºòüñÿ äóæå êîìïàê-

òíà íåéòðîííà çîðÿ ³ îáîëîíêà, ÿêà ðîçë³òàºòüñÿ ó ì³æçîðÿíèé ïðîñò³ð. Îïè-

ñàíå ÿâèùå º ñïàëàõîì Íàäíîâî¿ äðóãîãî òèïó.

ßêùî ìàñà ÿäðà çîð³ íàïðèê³íö³ ¿¿ æèòòÿ ïåðåâèùóº 2M



, éîãî êîëàïñ

òèñêîì âèðîäæåíîãî íåéòðîííîãî ãàçó íå áóäå çóïèíåíèé. ² òîä³ ïàä³ííÿ

ðå÷îâèíè ÿäðà çà ìåæó ñôåðè ç ðàä³óñîì, ùî ð³âíèé ãðàâ³òàö³éíîìó, óòâî-

ðþº ÷îðíó ä³ðó.

Ñüîãîäí³ ââàæàþòü, ùî ê³íöåâèé åòàï åâîëþö³¿ ìàñèâíèõ ç³ð — öå Íàä-

íîâ³ òèï³â SN Ib ³ SN II. Õî÷à ñàì ñïàëàõ Íàäíîâî¿ ÿâèùå êîðîòêî÷àñíå, ó

öåé ìîìåíò ïåðåá³ãàþòü äóæå âàæëèâ³ ðåàêö³¿ ñèíòåçó âàæêèõ õ³ì³÷íèõ åëå-

ìåíò³â, áåç ÷îãî ïðèðîäà áóëà á ñèëüíî çá³äíåíà. Çîêðåìà, ìîâà éäå ïðî

ñèíòåç åëåìåíò³â, âàæ÷èõ çà çàë³çî ³ í³êåëü. Âîíè óòâîðþþòüñÿ âíàñë³äîê

âçàºìîä³é ÿäåð îñòàíí³õ ç â³ëüíèìè íåéòðîíàìè (äèâ. äàë³).

Îñü ïåðåë³ê ïðîöåñ³â ñèíòåçó åëåìåíò³â, ÿê³ â³äáóâàþòüñÿ ÿê ó ñïàëàõàõ

Íàäíîâèõ, òàê ³ íà á³ëüø ñïîê³éíèõ åòàïàõ åâîëþö³¿ ç³ð ïîì³ðíèõ ³ ìàëèõ

ìàñ. Çàãàëüíîïðèéíÿò³ íàçâè äëÿ íèõ òàê³:

Í-ïðîöåñ — ïåðåòâîðåííÿ âîäíþ â ãåë³é ó íàäðàõ çâè÷àéíèõ ç³ð, çîêðå-

ìà â íàäðàõ Ñîíöÿ, çà çàãàëüíîþ ñõåìîþ 4

Í →

Íå.

α-ïðîöåñ — ñóêóïí³ñòü ðåàêö³é ñèíòåçó âóãëåöþ çà ñõåìîþ 3

Íå →

Ñ ³

íàñòóïíèõ ðåàêö³é ñèíòåçó ÿäåð êèñíþ, íåîíó, ìàãí³þ (

Íå +

Ñ →

Î,

ЧастинаVIII.Проблемиосмо:оніїтаосмоло:ії

437

Íå

Î →

Ne ³ ò. ä.), ùî ïåðåá³ãàþòü ó íàäðàõ ç³ð ç M ≥ 1,5M



ïðè òåì-

ïåðàòóð³ â öåíòð³ çîð³ Ò

> 5⋅10

Ê.

å-ïðîöåñ — óòâîðåííÿ ÿäåð åëåìåíò³â ãðóïè çàë³çà (

Î +

Î →

Si +

He,

Si +

Si →

Ni ³ ò. ä.) ó íàäðàõ ìàñèâíèõ ç³ð ïðè Ò

≈ 3⋅10

Ê áåçïîñåðåä-

íüî ïåðåä ñïàëàõîì çîð³ ÿê Íàäíîâî¿.

s-ïðîöåñ (â³ä àíãë. slow — ïîâ³ëüíèé) — ïðîöåñ ïîâ³ëüíîãî çàõîïëåí-

íÿ íåéòðîí³â àòîìíèìè ÿäðàìè ó ÿäðàõ ç³ð ç M ≥ 1,5M



íà ï³çíüîìó åòàï³

¿õíüî¿ åâîëþö³¿. Ïîòðàïëÿþ÷è â àòîìíå ÿäðî, íåéòðîí ÷åðåç β-ðîçïàä

ïåðåòâîðþºòüñÿ ó ïðîòîí ðàí³øå, í³æ öå ÿäðî çàõîïèòü íàñòóïíèé íåé-

òðîí. Òàê ïîñòóïîâî çðîñòàº àòîìíèé íîìåð ³ àòîìíà ìàñà ÿäðà. Ó òàêèé

çàñ³á óòâîðþþòüñÿ ÿäðà õ³ì³÷íèõ åëåìåíò³â âàæ÷èõ, í³æ çàë³çî, àæ äî â³ñ-

ìóòó (

209

Bi).

r-ïðîöåñ (â³ä. àíãë. rapid — øâèäêèé) — ïðîöåñ øâèäêîãî çàõîïëåííÿ

íåéòðîí³â àòîìíèìè ÿäðàìè, ÿêèé â³äáóâàºòüñÿ â íàäðàõ Íàäíîâî¿ áåçïî-

ñåðåäíüî äî ³ ï³ä ÷àñ ñïàëàõó çàãàëîì óïðîäîâæ ÷àñó áëèçüêî 100 ñ. Â r-ïðî-

öåñ³ àòîìíå ÿäðî âñòèãàº çàõîïèòè âîäíî÷àñ äåê³ëüêà íåéòðîí³â ³ ò³ëüêè ï³-

ñëÿ öüîãî â³äáóâàºòüñÿ β-ðîçïàä. Òàê óòâîðþþòüñÿ åëåìåíòè ç àòîìíîþ ìà-

ñîþ À äî 250 ³ íàâ³òü âèùå, ó òîìó ÷èñë³ óðàí ³ òîð³é.

Ïåðåá³ã ðåàêö³é s- ³ r-ïðîöåñó ìîæëèâèé çà óìîâè íàÿâíîñò³ ÿäåð åëåìåí-

ò³â ãðóïè çàë³çà, ÿê³ ïîñòóïîâî òðàíñôîðìóþòüñÿ ó á³ëüø âàæê³, à òàêîæ

â³ëüíèõ íåéòðîí³â. Îñòàíí³ ìîæóòü ç’ÿâëÿòèñÿ âíàñë³äîê ïåðåá³ãó, íàïðè-

êëàä, òàêèõ ðåàêö³é:

41316

He C O n

16 16 31

OOSn

+=+

(21.5)

ßêùî êîíöåíòðàö³ÿ â³ëüíèõ íåéòðîí³â äîñèòü âåëèêà, òî äîì³íóº r-ïðî-

öåñ. Ïðè íèçüê³é êîíöåíòðàö³¿ çàõîïëåííÿ íåéòðîí³â â³äáóâàºòüñÿ ó ôîðì³

s-ïðîöåñó.

ð-ïðîöåñ — ïðîöåñ çàõîïëåííÿ ïðîòîí³â ÿäðàìè âàæêèõ åëåìåíò³â, ÿêèé

â³äáóâàºòüñÿ â îáîëîíêàõ Íàäíîâèõ. Òàê âèíèêàþòü ïðîòîí-çáàãà÷åí³ ÿäðà

äåÿêèõ ³çîòîï³â, íàïðèêëàä

144

Sm.

v-ïðîöåñ — óòâîðåííÿ â îáîëîíö³ Íàäíîâî¿ ÿäåð äåÿêèõ õ³ì³÷íèõ åëåìå-

íò³â ïðè âçàºìîä³¿ ç ðå÷îâèíîþ îáîëîíêè ïîòîê³â íåéòðèíî, ùî âèõîäÿòü ç

íàäð êîëàïñóþ÷îãî ÿäðà çîð³.

Õ-ïðîöåñ — óòâîðåííÿ ÿäåð ë³ò³þ, áåðèë³þ ³ áîðó âíàñë³äîê ïðîöåñ³â ñêî-

ëþâàííÿ, ïðè ÿêèõ ëåãêà ÷àñòèíêà âèñîêî¿ åíåðã³¿ ñòèêàºòüñÿ ç âàæêèì àòîì-

íèì ÿäðîì ³ âèáèâàº ç íüîãî îñêîëîê — ÿäðî ³çîòîïó

Li, íàïðèêëàä.

Ïðàâèëüí³ñòü ñõåìè åâîëþö³¿ ìàñèâíèõ ç³ð ï³äòâåðäèëè ñïîñòåðåæåííÿ

Íàäíîâî¿ ç Âåëèêî¿ Ìàãåëëàíîâî¿ Õìàðè, êîëè, â³äïîâ³äíî äî ðàí³øå ïðî-

âåäåíèõ îá÷èñëåíü ùîäî òàêèõ ÿâèù, çàô³êñîâàíî êîðîòêî÷àñíèé ³ìïóëüñ

íåéòðèííîãî âèïðîì³íþâàííÿ.

Розділ21.Проблемиосмо:онії

438

Ìàñèâí³ çîð³ — öå âàæëèâ³ ïîñòà÷àëüíèêè ð³çíîìàí³òíèõ õ³ì³÷íèõ åëå-

ìåíò³â, ÿê³ â íèõ ñèíòåçóþòüñÿ, äî ì³æçîðÿíîãî ñåðåäîâèùà. Çàóâàæèìî,

ùî, îáðàçíî êàæó÷è, ÿêðàç ³ç «ïîïåëó» ç³ð, ÿê³ äàâíî ñïàëàõíóëè ÿê Íàä-

íîâ³, äîáðå ïåðåì³øàíîãî ç ïåðâ³ñíîþ ðå÷îâèíîþ Ãàëàêòèêè, ³ ñôîðìóâà-

ëàñÿ íàøà Ñîíÿ÷íà ñèñòåìà.

21.6. Îñîáëèâîñò³ åâîëþö³¿ ò³ñíèõ ïîäâ³éíèõ ñèñòåì

Ïîäâ³éí³, ÿê ³ ñêëàäí³ø³ çîðÿí³ ñèñòåìè (êðàòí³ çîð³), ôîðìóþòüñÿ âíà-

ñë³äîê çáåð³ãàííÿ ìîìåíòó ê³ëüêîñò³ ðóõó ïðîòîçîðÿíî¿ õìàðè. Òîìó â êî-

æíîìó êîíêðåòíîìó âèïàäêó â³ê ç³ð, ùî óòâîðþþòü ïåâíó ñèñòåìó, ìàº áóòè

îäíàêîâèì. À ÿêùî öå òàê, òî òó ÷è ³íøó â³äì³ííîñò³ ì³æ êîìïîíåíòàìè

(ðîçì³ðè, ïîâåðõíåâ³ òåìïåðàòóðè òîùî) ìîæíà ïîÿñíèòè ëèøå ð³çíèöåþ

ó çíà÷åííÿõ ¿õí³õ ìàñ.

Òèì ÷àñîì ñïîñòåðåæåííÿ äóæå ÷àñòî ð³çêî ñóïåðå÷àòü ö³é òåîðåòè÷í³é

ñõåì³. Îñîáëèâî öå ñòîñóºòüñÿ ò³ñíèõ ïîäâ³éíèõ ñèñòåì. Íàïðèêëàä, ó ïå-

ðåâàæí³é á³ëüøîñò³ äîáðå âèâ÷åíèõ ò³ñíèõ ïîäâ³éíèõ ñèñòåì îäèí ³ç êîì-

ïîíåíò³â º ñóáã³ãàíòîì, òîä³ ÿê äðóãèé — íîðìàëüíîþ çîðåþ ãîëîâíî¿ ïî-

ñë³äîâíîñò³. Ïðè öüîìó âèÿâëÿºòüñÿ, ùî ìàñè ñóáã³ãàíò³â, ÿê ïðàâèëî, ìåí-

ø³ â³ä ìàñ ç³ð ãîëîâíî¿ ïîñë³äîâíîñò³ — êîìïîíåíò³â òî¿ æ ñèñòåìè. À öå íå

óçãîäæóºòüñÿ ç îïèñàíîþ âèùå òåîð³ºþ åâîëþö³¿ ïîîäèíîêèõ ç³ð: ÷åðâîíèì

ã³ãàíòîì øâèäøå ïîâèííà ñòàòè òà çîðÿ, ÿêà ìàº á³ëüøó ìàñó.

Ïðîáëåìó ç’ÿñóâàëè, êîëè âèÿâèëè, ùî ñóáã³ãàíòè — êîìïîíåíòè ò³ñíèõ

ïîäâ³éíèõ ñèñòåì — çàïîâíþþòü ñâîþ ïîðîæíèíó Ðîøà (äèâ. ï³äðîçä³ë

15.6), ÿêà â ò³ñíèõ ïîäâ³éíèõ ñèñòåìàõ îáìåæóº ìîæëèâ³ ðîçì³ðè êîìïîíå-

íò³â. Òîìó ìîæíà ñòâåðäæóâàòè, ùî ïî÷àòêîâ³ ìàñè ÷åðâîíèõ ñóáã³ãàíò³â

áóëè á³ëüøèìè. Îäíàê ó ïðîöåñ³ åâîëþö³¿ òàêî¿ çîð³ ï³ñëÿ «âèãîðÿííÿ» îñ-

íîâíî¿ ÷àñòèíè âîäíþ â ¿¿ íàäðàõ ÿäðî ñòèñêàëîñÿ, òîä³ ÿê îáîëîíêà ðîç-

áóõàëà. Ïðè öüîìó ðå÷îâèíà îáîëîíêè ïåðåòèíàëà ïîâåðõíþ Ðîøà, ïåðå-

õîäèëà äî çîð³-ñóïóòíèêà òà îñ³äàëà íà éîãî ïîâåðõíþ. Ó öüîìó ïîëÿãàº òàê

çâàíà ã³ïîòåçà «çì³íè ðîëåé»: óíàñë³äîê îáì³íó ìàñîþ ãîëîâíèì êîìïîíå-

íòîì ñèñòåìè ñòàº çîðÿ, ìàñà ÿêî¿ ñïî÷àòêó áóëà ìåíøîþ ³ ÿêà òîìó ùå çà-

ëèøàºòüñÿ â åâîëþö³¿ íà ãîëîâí³é ïîñë³äîâíîñò³. Çíà÷íèé íàäëèøîê ñâ³ò-

íîñò³ ñóáã³ãàíòà (ïðèáëèçíî íà 3

), ùî í³áèòî ñóïåðå÷èòü éîãî ìàë³é ìàñ³,

ïîÿñíþºòüñÿ ï³äâèùåíèì âì³ñòîì ãåë³þ ó çîâí³øí³õ øàðàõ çîð³, ÿêèé âè-

íèêàº âíàñë³äîê êîíâåêòèâíîãî çì³øóâàííÿ ïðîäóêò³â òåðìîÿäåðíîãî ñè-

íòåçó ãåë³þ ³ç íàäð ç ðå÷îâèíîþ çîðÿíî¿ àòìîñôåðè. Çàâäÿêè öüîìó àòìîñ-

ôåðí³ øàðè ñòàþòü ïðîçîð³øèìè, ùî é ñïðèÿº âèñâ³÷óâàííþ åíåðã³¿, ÿêà

âèâ³ëüíÿºòüñÿ â íàäðàõ çîð³.

Îá÷èñëåííÿ ï³äòâåðäæóþòü âèñîêó åôåêòèâí³ñòü ïðîöåñó «çì³íè ðîëåé».

Âèÿâëÿºòüñÿ, ùî òàêà «çì³íà ðîëåé» ó êîæí³é ñèñòåì³ ìîæå â³äáóâàòèñÿ äå-

ЧастинаVIII.Проблемиосмо:оніїтаосмоло:ії

439

ê³ëüêà ðàç³â. Âòðàòèâøè ÷àñòèíó ìàñè, ïåðøà çîðÿ ç ÷àñîì, ñòèñíóâøèñü,

ìîæå çà ñâî¿ìè ðîçì³ðàìè ñòàòè ìåíøîþ â³ä ñâîº¿ ïîðîæíèíè Ðîøà, òîä³

ÿê äðóãà, ðîçøèðèâøèñü, çàïîâíèòü ñâîþ ïîðîæíèíó, ³ ïðîöåñ îáì³íó ìà-

ñîþ ïîâòîðèòüñÿ, àëå âæå ó çâîðîòíîìó íàïðÿì³. Çà îá÷èñëåííÿìè, òàêèé

îáì³í ìàñîþ òðèâàº óñüîãî äåê³ëüêà äåñÿòê³â ÷è ñîòåíü òèñÿ÷ ðîê³â.

Îñü ïðèêëàä òàêèõ îá÷èñëåíü — åâîëþö³ÿ ò³ñíî¿ ïîäâ³éíî¿ ñèñòåìè ç ìà-

ñàìè M

= 5M



³ M

= 4M



ïðè â³äñòàí³ ì³æ êîìïîíåíòàìè a = 13,8R



Ñïî÷àòêó åâîëþö³ÿ êîæíî¿ çîð³ ïðîõîäèòü òàê ñàìî, ÿê ³ ïîîäèíîêî¿, îïèñ

ÿêî¿ áóëî íàäàíî âèùå, ³ íà ä³àãðàì³ åôåêòèâíà òåìïåðàòóðà — ñâ³òí³ñòü

ïåðøà, ìàñèâí³øà çîðÿ ðàí³øå çì³ùóºòüñÿ ç ãîëîâíî¿ ïîñë³äîâíîñò³ äåùî

âãîðó. Íåçàáàðîì âîíà ñòàº íàäã³ãàíòîì, çàïîâíþº ñâîþ ïîðîæíèíó Ðîøà

³ ðå÷îâèíà ïî÷èíàº ïåðåïëèâàòè äî äðóãîãî êîìïîíåíòà, ïðè÷îìó çà óñüî-

ãî 4·10

ðîê³â ìàñà ïåðøî¿ çîð³ çìåíøèòüñÿ äî 0,94M



. Íà ä³àãðàì³ åôåê-

òèâíà òåìïåðàòóðà — ñâ³òí³ñòü çîðÿ îïóñêàºòüñÿ äîíèçó ìàéæå ïàðàëåëüíî

äî ãîëîâíî¿ ïîñë³äîâíîñò³, ïðè÷îìó ¿¿ ñâ³òí³ñòü çìåíøóºòüñÿ â äåñÿòü ðàç³â.

Ï³ñëÿ öüîãî âîíà ïåðåì³ùóºòüñÿ âãîðó äî ïî÷àòêîâî¿ ñâ³òíîñò³ ³ øâèäêî

ïåðåñóâàºòüñÿ âë³âî, à ïîò³ì ó íèæíþ ÷àñòèíó ä³àãðàìè ó çîíó á³ëèõ êàð-

ëèê³â. Äðóãèé êîìïîíåíò íàâïàêè, çá³ëüøóº ñâîþ ìàñó ³ ïåðåñóâàºòüñÿ âãî-

ðó âçäîâæ ãîëîâíî¿ ïîñë³äîâíîñò³.

Ç îáì³íîì ìàñîþ â ò³ñíèõ ïîäâ³éíèõ ñèñòåìàõ ïîâ’ÿçàíèé ôåíîìåí

ñïàëàõó Íîâî¿ çîð³ ³ Íàäíîâî¿ ïåðøîãî òèïó (SN Ia). Àíàë³ç ïîêàçàâ, ùî

ñïàëàõ âèíèêàº â òîìó âèïàäêó, ÿêùî êîìïîíåíòîì, ùî çá³ëüøóº ñâîþ

ìàñó çà ðàõóíîê àêðåö³¿, º á³ëèé êàðëèê. Ïàäàþ÷è íà ïîâåðõíþ á³ëîãî

êàðëèêà, ðå÷îâèíà íàêîïè÷óºòüñÿ, ñòèñêàºòüñÿ ³ íàãð³âàºòüñÿ. ² ÿêùî

ìàñà ðå÷îâèíè, çàõîïëåíî¿ çîðåþ, ñòàíîâèòèìå ïðèáëèçíî 10

–3



, òî

òåìïåðàòóðà ³ ãóñòèíà â ïîâåðõíåâîìó øàð³ á³ëîãî êàðëèêà çðîñòóòü íà-

ñò³ëüêè, ùî â íüîìó ñòàíóòü ìîæëèâèìè òåðìîÿäåðí³ ðåàêö³¿ âóãëåöåâî-

àçîòíîãî öèêëó. Ïðè öüîìó âèä³ëåííÿ òåïëà âãîðó òóò íåäîñòàòíüî øâè-

äêå. ßê íàñë³äîê, â îáîëîíö³ á³ëîãî êàðëèêà ðîçâèâàºòüñÿ òåïëîâà íåñò³é-

ê³ñòü ³ íàñòàº âèáóõ, ï³ñëÿ ÿêîãî óäàðíà õâèëÿ çðèâàº íàêîïè÷åíó ïðè

àêðåö³¿ îáîëîíêó.

Åôåêòèâí³ñòü ìåõàí³çìó «îáì³íó ìàñîþ» («çì³íè ðîëåé»), î÷åâèäíî, ³ñ-

òîòíî çìåíøóºòüñÿ ç³ çðîñòàííÿì ìàñè êîìïîíåíò³â ó òîìó ðîçóì³íí³, ùî

òîä³ çíà÷íà ÷àñòèíà ìàñè â³äïëèâàº ó ì³æçîðÿíèé ïðîñò³ð, òàê ùî ñèñòåìà

¿¿ âçàãàë³ âòðà÷àº. ßê ïðèêëàä ìîæíà íàâåñòè òå, ùî â ðÿä³ âèïàäê³â êîì-

ïîíåíòàìè ò³ñíèõ ïîäâ³éíèõ (ñïåêòðàëüíî-ïîäâ³éíèõ) ñèñòåì º çîð³ Âîëü-

ôà-Ðàéº — îá’ºêòè, ìàñè ÿêèõ äîñÿãàþòü 10 M



. Òóò øâèäêîñò³ ðîçëüîòó

ãàçîâî¿ îáîëîíêè ñòàíîâëÿòü 1000–1500 êì/ñ ïðè òåìï³ âòðàòè ìàñè 10

–5

–

–4



çà ð³ê. Âàæëèâó ðîëü ïðè öüîìó, î÷åâèäíî, â³ä³ãðàº âèñîêà ñâ³òí³ñòü

çãàäàíèõ ç³ð ³ ñâ³òëîâèé òèñê ó ¿õí³õ çîâí³øí³õ øàðàõ. Îñîáëèâîñò³ åâîëþ-

ö³¿ ç³ð Âîëüôà-Ðàéº îñòàòî÷íî ùå íå ç’ÿñîâàí³. Îáìåæèìîñÿ çàóâàæåííÿì,

ùî â àòìîñôåðàõ öèõ ç³ð á³ëüøå ãåë³þ, í³æ âîäíþ, ³ ùî âîíè â îñíîâíîìó

íàëåæàòü äî ïëîñêî¿ ñêëàäîâî¿ Ãàëàêòèêè, à, îòæå, º ìîëîäèìè.

Розділ21.Проблемиосмо:онії

440

21.7. Åëåìåíòè ïëàíåòíî¿ êîñìîãîí³¿

Ïðîáëåìà ïîõîäæåííÿ ïëàíåòíèõ ñèñòåì — îäíà ç íàéâàæëèâ³øèõ ó ñó-

÷àñíîìó ïðèðîäîçíàâñòâ³. Ïðîòå ¿¿ ðîçâ’ÿçàíî ëèøå â íàéçàãàëüí³øèõ ðè-

ñàõ. Àäæå ÿêùî ïåðåäáà÷åííÿ òåîð³¿ åâîëþö³¿ ç³ð çíà÷íîþ ì³ðîþ ìîæíà ç³-

ñòàâèòè ç ðåçóëüòàòàìè ñïîñòåðåæåíü áàãàòüîõ ç³ð, ùî ïåðåáóâàþòü íà ð³ç-

íèõ åòàïàõ ðîçâèòêó, òî ïëàíåòíà ñèñòåìà, ÿêà îòî÷óº íàøå Ñîíöå, º

óí³êàëüíîþ (ò³ëüêè â îñòàííº äåñÿòèë³òòÿ ç’ÿâèëàñü ðåàëüíà ìîæëèâ³ñòü âè-

â÷àòè âëàñòèâîñò³ ïëàíåòíèõ ñèñòåì ïîáëèçó ³íøèõ ç³ð). ×åðåç ïîòðåáó âðà-

õóâàííÿ áàãàòüîõ íàéð³çíîìàí³òí³øèõ ôàêòîð³â, ÿê³ ç³ãðàëè ñâîþ ðîëü ó

ïðîöåñ³ ôîðìóâàííÿ ïëàíåò (ìàãí³òí³ ïîëÿ, òóðáóëåíòí³ñòü ó ïðîòîïëàíåò-

í³é õìàð³, åôåêòè òåïëîâî¿ òà ãðàâ³òàö³éíî¿ íåñò³éêîñò³, äèñèïàö³ÿ ãàçîâî-

ãî êîìïîíåíòà, íåîäíîð³äí³ñòü îáåðòàííÿ ïðîòîñîíöÿ òîùî), ìîäåëþâàí-

íÿ öüîãî ïðîöåñó âèÿâèëîñÿ âêðàé ñêëàäíèì çàâäàííÿì.

Òåîð³ÿ, ùî âèâ÷àº ïîõîäæåííÿ ïëàíåòíî¿ ñèñòåìè Ñîíöÿ, ïåðåäóñ³ì ïî-

âèííà ïîÿñíèòè òàê³ âëàñòèâîñò³ ³ çàêîíîì³ðíîñò³ ¿¿ áóäîâè.

1. Îðá³òè âñ³õ ïëàíåò (êð³ì îðá³òè Ïëóòîíà) ëåæàòü ïðàêòè÷íî â îäí³é

ïëîùèí³, ÿêà ìàéæå ñï³âïàäàº ç ïëîùèíîþ ñîíÿ÷íîãî åêâàòîðà.

2. Óñ³ ïëàíåòè îáåðòàþòüñÿ íàâêîëî Ñîíöÿ ìàéæå ïî êîëîâèõ îðá³òàõ â

îäíîìó íàïðÿì³, ÿêèé ñï³âïàäàº ç íàïðÿìîì îáåðòàííÿ Ñîíöÿ íàâêîëî ñâî-

º¿ îñ³.

3. Íàïðÿì îñüîâîãî îáåðòàííÿ ïëàíåò (çà âèíÿòêîì Âåíåðè òà Óðàíà)

ñï³âïàäàº ç íàïðÿìîì ¿õ îáåðòàííÿ ïî íàâêîëîñîíÿ÷í³é îðá³ò³.

4. Ñåðåäíÿ â³äñòàíü ïëàíåò â³ä Ñîíöÿ (çà âèíÿòêîì Íåïòóíà ³ Ïëóòîíà)

ï³äëÿãàº åìï³ðè÷íîìó ïðàâèëó Ò³ö³óñà-Áîäå (13.1).

5. Ñóìàðíà ìàñà ïëàíåò ó 750 ðàç³â ìåíøà â³ä ìàñè Ñîíöÿ, îäíàê íà íèõ

ïðèïàäàº 98% ìîìåíòó ê³ëüêîñò³ ðóõó óñ³º¿ Ñîíÿ÷íî¿ ñèñòåìè.

6. Ïëàíåòè ä³ëÿòüñÿ íà äâ³ ãðóïè — ïëàíåòè çåìíî¿ ãðóïè ³ ïëàíåòè-ã³ãàí-

òè, ÿê³ ³ñòîòíî â³äð³çíÿþòüñÿ ì³æ ñîáîþ çà ô³çè÷íèìè âëàñòèâîñòÿìè òà õ³-

ì³÷íèì ñêëàäîì.

7. Ìàéæå âñ³ ñóïóòíèêè ïëàíåò îáåðòàþòüñÿ íàâêîëî íèõ ïðàêòè÷íî ïî

êîëîâèõ îðá³òàõ, ÿê³ ëåæàòü ïåðåâàæíî ó ïëîùèí³ ïëàíåòíîãî åêâàòîðà,

ïðè÷îìó (çà äåê³ëüêîìà âèíÿòêàìè) íàïðÿì ¿õíüîãî ðóõó ñï³âïàäàº ç íàïðÿ-

ìîì îáåðòàííÿ ïëàíåòè.

Çà îñòàíí³ 300 ðîê³â âèñëîâëåíî äåê³ëüêà äåñÿòê³â êîñìîãîí³÷íèõ ã³ïî-

òåç, â ÿêèõ ðîçãëÿäàëè íàéð³çíîìàí³òí³ø³ âàð³àíòè ðàííüî¿ ³ñòîð³¿ Ñîíÿ÷-

íî¿ ñèñòåìè. Çà ã³ïîòåçîþ ôðàíöóçüêîãî â÷åíîãî Ï’ºðà Ñ³ìîíà Ëàïëàñà

(1749–1827), íà ðàíí³é ñòàä³¿ ðîçâèòêó Ñîíöå ìàëî ôîðìó ã³ãàíòñüêî¿ ðîç-

æàðåíî¿ òóìàííîñò³, ÿêà ïîâ³ëüíî îáåðòàëàñÿ. Ï³ä ä³ºþ ñèëè òÿæ³ííÿ ïðî-

òîñîíöå ñòèñêàëîñÿ, øâèäê³ñòü éîãî îáåðòàííÿ çðîñòàëà. ² ÿê ò³ëüêè íà åê-

âàòîð³ ñèëà òÿæ³ííÿ âð³âíîâàæóâàëàñÿ â³äöåíòðîâîþ ñèëîþ, â³ä Ñîíöÿ â³ä-

ä³ëÿëîñÿ ê³ëüöå, ÿêå çãîäîì ðîçâàëþâàëîñÿ íà îêðåì³ çãóñòêè. Ç íèõ ³

ôîðìóâàëèñÿ ïëàíåòè. Òàêå ÿâèùå, çà Ëàïëàñîì, ïîâòîðþâàëîñÿ äåê³ëüêà

ЧастинаVIII.Проблемиосмо:оніїтаосмоло:ії