От звездите до края на видимата Вселена

Мащаб по порядъци на десет

Разстоянията във Вселената са толкова различни, че се рисуват на логаритмична скала: всяко деление е 10 пъти повече. От Земята до края на видимата Вселена има около 20 деления.

Между Слънчевата система и най-близката звезда, Проксима Кентавър, има почти 4 празни деления. Млечният път е около 20 600 пъти по-голям от това разстояние, а до галактиката Андромеда има само около 29 диаметъра на нашата Галактика.

Светлинна година е пътят на светлината за една година — мярка за разстояние, не за време. Когато гледаме Андромеда, виждаме светлина, тръгнала преди около 2,5 милиона години.

Колко е ярка една звезда

Светимостта е енергията, която звездата излъчва за секунда. Тя расте с повърхността и много бързо с температурата: светимост = 4π · радиус² · σ · температура⁴.

Двойно по-голям радиус дава 4 пъти повече светлина, двойно по-висока температура — 16 пъти. Затова червената Бетелгейзе, която е по-студена от Слънцето, излъчва около 90 000 пъти повече от него: тя е огромна. А белият Сириус B е горещ, но толкова малък, че излъчва само около една четиридесета от Слънцето.

Цветът показва температурата, не яркостта. Законът на Вин казва, че по-горещото тяло излъчва най-силно при по-къса дължина на вълната: λ = b : T. Слънцето е около 500 nm.

Най-ярката звезда на небето, Сириус, не е най-мощната. Тя е близо — на 8,6 светлинни години.

Диаграмата „спектър – светимост“

Всяка звезда е точка: температурата е по хоризонтала (горещите са вляво), светимостта — по вертикала. Повечето звезди лежат по една лента — главната последователност. Над нея са гигантите и свръхгигантите, а долу вляво — белите джуджета.

Животът на звездата

Звездата се ражда от облак газ като протозвезда, дълго свети като звезда от главната последователност, после се издува и умира. Времето в главната последователност е около 10 милиарда години, умножени по масата на степен минус 2,5.

По-масивната звезда има повече гориво, но го харчи много по-бързо: звезда с 10 маси на Слънцето живее около 300 пъти по-кратко от Слънцето.

• Под около 8 маси на Слънцето: червен гигант, планетарна мъглявина, бяло джудже.
• От около 8 до около 25: свръхнова и неутронна звезда.
• Над около 25: свръхнова и черна дупка.

Границите са приблизителни. Червените джуджета живеят трилиони години — повече от възрастта на Вселената, затова още нито едно не е умряло.

Сърцето на звездата

Слънцето не гори като огън. В центъра при около 15 милиона K четири протона се сливат в едно ядро хелий (протон-протонен цикъл). Масата на хелия е с около 0,71 % по-малка и разликата става енергия (E = m · c²).

Затова Слънцето губи около 4,26 милиона тона маса всяка секунда и превръща около 600 милиона тона водород в хелий. Химичен огън с неговата маса би изгорял за няколко хиляди години.

Законът на Хъбъл

Далечните галактики се отдалечават от нас със скорост, пропорционална на разстоянието: v = H · r. При H = 70 km/s на мегапарсек галактика на 100 мегапарсека (около 326 милиона светлинни години) се отдалечава със 7 000 km/s.

От всяка галактика картината е еднаква, затова Вселената няма център: разширява се самото пространство. Големият взрив не е експлозия в една точка на празно място.

Времето 1/H е оценка за възрастта на Вселената — около 14 милиарда години (истинската е 13,8). Две различни измервания дават малко различни H: 67,4 и 74,0.

Андромеда се приближава със 301 km/s — законът е за далечните галактики, а близките се движат и заради привличането. Около 95 % от Вселената не е обикновено вещество: около 27 % тъмна материя и 68 % тъмна енергия.

Какво опростихме

Звездите са идеални черни тела с една температура — затова пресметнатата светимост се различава от измерената с до 12 % (Ригел). Класовете звезди са по груба граница от радиус и светимост. Границите 8 и 25 маси на Слънцето за съдбата зависят от състава. Законът на Хъбъл е идеална права, а константата е 70 по подразбиране.

Безопасност

Никога не гледай Слънцето с очи, бинокъл или телескоп. Бетелгейзе може да избухне през следващите 100 000 години, но за Земята няма опасност. Сблъсъкът с Андромеда не е сигурен; ако стане, ще е след милиарди години.