Образование химических элементов в космических телах 1

Однако не все звезды имеют аналогичный состав. Замечательные аномалии в этом отношении представляют собой редкие гелиевые звезды. Недавно советский астроном А. А. Боярчук обнаружил восемь таких звезд. В среднем у них содержание водорода, гелия и Железа относится как 100: 10 000: 1. У одной из них водород не обнаружен вообще. Отсутствует он также в атмосферах некоторых белых карликов; бедны водородом также атмосферы звезды ν Стрельца, HD 30353, переменной Северной Короны и других сходных с ней углеродных звезд (звезды с большим содержанием углерода типа Вольфа-Райе).

Рис. 18. Сравнительная характеристика химического состава атмосферы звезды Новая Геркулеса 1934 (1) и среднего состава звездных атмосфер (2).

В атмосферах Сверхновых звезд водород также менее распространен, чем в обычных звездах. С этой точки зрения безусловный интерес представляют недавно полученные Мустелем и Боярчуком данные о химическом составе атмосферы звезды Новая Геркулеса 1934. Если сравнить ее состав со средним составом звезд (рис. 18), то можно увидеть, что в атмосфере данной звезды сравнительно мало водорода, но зато преобладают атомы углерода, азота и кислорода.

Интересны молодые звезды — красные гиганты типа Ва II, возраст которых равен около 10⁷ лет. Их атмосферы обладают аномальным составом. С помощью 100-дюймового телескопа недавно определили распространенность 33 элементов в атмосфере звезды типа НР46407. Установлено, что содержание сравнительно легких элементов не отличается от содержания их в атмосфере Солнца. Распространенность же большинства элементов тяжелее стронция значительно выше, чем в солнечной атмосфере. Например, распространенность молибдена в три раза, а празеодима даже в 28 раз больше.

По распространенности более тяжелых, чем гелий, элементов все известные в настоящее время звезды нашей Галактики можно подразделить на пять основных категорий с различным возрастом. В сферической составляющей Галактики преобладают звезды с содержанием элементов тяжелее гелия около 0,3 вес. %, причем это число очень сильно меняется для различных звезд. Это самые старые звезды в нашей Галактике. Возраст их исчисляется от 6 до 6,5 млрд. лет. Другая группа звезд, имеющих возраст от 5 до 6 млрд, лет, содержит около 1 вес. % тяжелых элементов; звезды с возрастом от 3 до 5 млрд, лет — 2 вес. %. Звезды описанных трех групп составляют 90 % массы Галактики и наиболее распространены во Вселенной.

Звезды с возрастом от 1 до 3 млрд, лет, сконцентрированные в плоской составляющей нашей Галактики, содержат до 3 вес. % элементов тяжелее гелия, и, наконец, сравнительно молодые звезды — 4 вес. %. Они имеют возраст до 1 млрд, лет и находятся в спиральных рукавах плоской составляющей Галактики, в которых обычно концентрируется значительное количество межзвездного газа и пыли.

Следовательно, содержание элементов, более тяжелых, чем гелий, в атмосферах звезд уменьшается с увеличением возраста звезды. Кроме того, оно связано с расположением звезды в той или иной части Галактики. В звездах сферической составляющей, имеющих большой возраст, содержание тяжелых элементов очень мало. И наоборот, в плоской составляющей и тем более в спиральных рукавах, т. е. там, где по современным представлениям происходит образование новых звезд, содержание тяжелых элементов максимально. Эти факты, как мы увидим дальше, имеют принципиально важное значение для познания процессов образования и эволюции химических элементов.

6. Межзвездная среда

В середине прошлого столетия русский астроном В. Я. Струве открыл явление межзвездного поглощения света, которое показало, что пространство между звездами не пустое, а заполнено пылью и газом. Пыль состоит из твердых частиц размером в несколько десятитысячных долей миллиметра. Плотность космической пыли очень мала и составляет в среднем 10¯²⁶ г/см³. Пыль сосредоточена в плоской составляющей нашей Галактики и в основном в ее спиральных рукавах; то же самое можно сказать и о других спиральных галактиках. Слой скопления пыли относительно тонок, его толщина равна около 200 парсеков. Однако пыль распространена в этом слое не равномерно, а образует облака размером до 5 парсеков. Среднее число таких облаков в спиральных ветвях равно примерно восьми на 1000 парсеков.

Более плотные и протяженные облака межзвездной пыли образуют темные туманности. В темных туманностях плотность пыли может в 100 раз превышать среднюю плотность межзвездной среды. Полное количество космической пыли в таких туманностях, например в созвездиях Тельца и Змееносца, в десятки раз превышает массу Солнца. Эти туманности в очень сильной степени ослабляют свет, идущий от звезд, которые за ними расположены. В плоскости нашей Галактики находится около 500 000 пылевых туманностей.