Еволюція зір масивніші за Сонце в 30 разів та як вони стають чорними дірами

Зорі, які масивніші за Сонце в 30 разів живуть на порядок менше ніж Сонце. Термоядерні реакції в таких зорях проходять в рази швидше, що впливає на їх термін життя, який складає від декількох десятків до 100-ні мільйонів років.

Такі зорі в сотні разів яскравіші за Сонце та спектр їх випромінювання відносять до О класу світності. Колір таких зір виключно синій. Також існує межа маси зорі, яка не може бути більшою 200 мас Сонця, але в результаті ми спостерігаємо зорі які більше, як в 300 разів масивніші за Сонце, і найяскравіший приклад це зоря R136a1, тому можливо межа розрахована не зовсім правильно. Межа маси вказує, що перевищуючи цю межу, зорі будуть занадто яскраві, щоб утримувати зорю стабільною та протидіяти гравітації, яка намагається стиснути зорю.

Еволюційні процеси таких зір, які перетворюють таку зорю у червоного надгіганта

Такі зорі починають своє життя однаково із всіма іншими типами зір тобто спалюють водень перетворючи в гелій, при цьому зоря не проходить стадію виродження ядра(стан, коли матерія не може уже стискатися).

Так як маса зорі достатня для початку термоядерних реакцій синтезу вуглецю і у зорі одночасно починається синтез вуглецю у ядрі та водню у водневій оболонці. Що в свою чергу суттєво збільшує випромінювання і зоря починає розширюватися. Зоря розширюється настільки, що перевищує верхню межу для гігантів і перетворюється у червоного надгіганта. Термоядерні реакції продовжуються починаючи у ядрі виштовхуючи легші елементи від ядра в зовнішні шари де вони продовжують термоядерні реакції, таким чином структура зорі стає у вигляді цибулини.

При цьому температура поверхні падає із 10-ки тисяч Кельвінів до 4000-5000 Кельвінів

Термоядерні реакції у ядра зупиняються при формуванні залізного ядра, так як залізо володіє найбільшою енергією на 1 нуклон. Це означає що всі реакції синтезу та поділу за участі цього елемента проходять не із генерацією енергії , а її поглинання і тому залізо не може служити паливом для подальших реакцій.

Останній етап еволюції зір масивніших за Сонце в 30 разів

Після чого як і в зорях, які масивніші за Сонце у 8 разів температура та щільність росте та електрони відриває від ядра і зоря обвалюється сама в себе, але на відміну від зір масою 8 мас Сонця, такі зорі помирають інакше.

В ядрі не утворюється дуже щільне ядро з нейтронів а матерія продовжує стискатися в одну точку і в результаті в зорі, яка ось-ось помре прямо в центрі утворюється чорна діра, а матерія цієї зорі попадає у гравітаційну пастку цієї зорі, що закручує матерію у шаленому вирі. Так, на останньому свому "подиху" утворюється чорна діра з акреакційним диском, де матерія рухається неймовірно швидко досягаючи знчною частки швидкості світла.

Енергія, яка вивільняється при стисненні настільки потужна, що зоря вибухає. Цей вибух називається наднова ІІ типу. Але не дивлячись на енергію вибуху, не вся зоря розлітається на друзки по собі вона залишає це саме ядро, яке тепер класифікують як чорну діру.

Що таке чорна діра і чому навіть світло не може покинути його межі?

Чорна діра - це космічний об'єкт, коли вся маса зорі стискається в одну точку. Цю точку називають сингулярістю, де перестають працювати відомі нам закони фізики. Гравітація чорної діри настільки потужна, що навіть світло не може покинути його межі, це пов'язано з тим, що велика маса зосереждена в дуже малій ділянці простору.

Об'єкти, які попадають під її вплив буквально розриває у вигляді "спагетті" це пов'язано з тим, що та частина об'єкта , яка знаходиться ближче до центру притягається сильніше ніж та частина, що знаходиться дальше. Не всі об'єкти падають ще відносно цілими більшість падають уже у вигляді частинок , це залежить від щільності та маси об'єкта, який падає.

Для всіх об'єктів з масою справедливий закон всесвітнього тяжіння, згідно з яким чим масивніший об'єкт та чим менша відстань між об'єктами тим сильніше він впливає на ці об'єкти. Але цей закон не можна застосовувати до світла, так як світло не має маси, відповідно чорна діра безпосередньо не впливає на світло.

Як відомо світло рухається із швидкість, яка приблизно дорівнює 300 000 км/с, але об'єкти, які мають масу ніколи не можуть досягнути цієї швидкості, це пов'язано з тим, що при наближанні до швидкості збільшується маса об'єкта і енергія, яка потрібна для досягнення швидкості світла наближається до нескінченості. Тому, не стане всієї енергії всесвіту, щоб об'єкт з масою досяг швидкості світла.

Як відомо, що всі об'єкти з масою викривлюють простір навколо себе. А чорна діра настільки масивні, що викривлюють його настільки, що простір замикається на центрі чорної діри, це випливає із загальної теорії відносності. Світло, як завжди рухається виключно по прямій, але проблема, що простір в межах чорної діри є закручений на самій дірі, тому світло не може покинути її межі.

Особливості чорних дір

Головною особливістю чорних дір є наявність акреакційного диску, але цей диск існує виключно коли чорна діра поглинає матерію. Якщо в певний момент чорна діра не поглинає матерію, вона вважається сплячою і виявити її можна виключно за гравітаційними аномалії навколо неї, так як вона викривлює простір навколо себе, також ці зорі вважають що можуть випаровуватися, цей процес називається випромінюванням Хокінга.

Також чорні діри володіють такою особливістю як горизонт подій, із горизонту подій, жодна матерія чи енергія вже не зможе повернутися чи бути виявлена. Для стороннього спостерігача це буде виглядати як сигнали від такого об'єкта що наближуючись до горизонту подій будуть йти кожний раз довше і довше і як тільки він перетне горизон подій сигнали перестануть надходити. Це пов'язане з тим, що довжина хвилі постійно буде зростати і геометрії горизонту подій чорної діри , який закручений на чорній дірі.

Але зовсім інша картина буде для об'єкта, чи людини(гіпотетично) яка перетинає горизонт подій. Ця гіпотетична людина не помітить нічого дивного навтіь коли перетне горизонт подій, для все буде як раніше, крім того факту, що означатиме, людина не омине доля зустрічі із сингулярністю. Це випливає із загальної теорії відносності.

Важливо розуміти гравітація чорної діри не зразу буде руйнувати об'єкт , а поступово збільшуючи свою силу. Ця сила буде залежати наскільки близько до центру чорної діри знаходиться об'єкт.

Радіус горизонту подій напряму залежить від її маси, тобто чим масивніша чорна діра тим більший її горизонт подій. Цей радіус називається радіус Шварцшильда. Відповідно під час поглинання матерії маса чорної діри росте, та збільшується її горизонт подій.