Dunia bintang menunjukkan keragaman yang luar biasa, tanda-tandanya sudah terlihat saat melihat langit malam dengan mata telanjang. Studi bintang dengan bantuan instrumen astronomi dan metode astrofisika memungkinkan untuk mensistematisasikannya dengan cara tertentu dan, berkat ini, secara bertahap sampai pada pemahaman tentang proses yang mengatur evolusi bintang.
Dalam kasus umum, kondisi di mana pembentukan bintang berlangsung menentukan karakteristik utamanya. Kondisi ini bisa sangat berbeda. Namun, secara umum, proses ini memiliki sifat yang sama untuk semua bintang: mereka lahir dari materi gas dan debu yang tersebar - tersebar - yang mengisi galaksi, dengan memadatkannya di bawah pengaruh gravitasi.
Komposisi dan kepadatan medium galaksi
Mengenai kondisi terestrial, ruang antarbintang adalah ruang hampa terdalam. Tetapi pada skala galaksi, media yang sangat langka dengan kepadatan karakteristik sekitar 1 atom per sentimeter kubik adalah gas dan debu, dan rasio mereka dalam komposisi media antarbintang adalah 99 banding 1.
Komponen utama gas adalah hidrogen (sekitar 90% dari komposisi, atau 70% dari massa), ada juga helium (sekitar 9%, dan menurut berat - 28%) dan zat lain dalam ukuran kecil kuantitas. Selain itu, fluks sinar kosmik dan medan magnet dirujuk ke medium galaksi antarbintang.
Tempat lahirnya bintang
Gas dan debu di ruang galaksi didistribusikan sangat tidak seragam. Hidrogen antarbintang, tergantung pada kondisi di mana ia berada, dapat memiliki suhu dan kepadatan yang berbeda: dari plasma yang sangat langka dengan suhu urutan puluhan ribu kelvin (yang disebut zona HII) hingga ultradingin - hanya beberapa kelvin - keadaan molekul.
Wilayah di mana konsentrasi partikel materi meningkat karena alasan apa pun, disebut awan antarbintang. Awan terpadat, yang dapat berisi hingga satu juta partikel per sentimeter kubik, dibentuk oleh gas molekuler dingin. Mereka memiliki banyak debu yang menyerap cahaya, sehingga mereka juga disebut nebula gelap. Pada "lemari es kosmik" seperti itulah tempat-tempat asal bintang-bintang dibatasi. Wilayah HII juga terkait dengan fenomena ini, tetapi bintang tidak terbentuk secara langsung di dalamnya.
Lokalisasi dan jenis "buaian bintang"
Dalam galaksi spiral, termasuk Bima Sakti kita sendiri, awan molekul terletak tidak secara acak, tetapi terutama di dalam bidang piringan - di lengan spiral pada jarak tertentu dari pusat galaksi. Tidak teraturDi galaksi, lokalisasi zona seperti itu acak. Adapun galaksi elips, struktur gas dan debu serta bintang muda tidak diamati di dalamnya, dan secara umum diterima bahwa proses ini praktis tidak terjadi di sana.
Awan bisa berukuran raksasa - puluhan dan ratusan tahun cahaya - kompleks molekul dengan struktur kompleks dan perbedaan kerapatan yang besar (misalnya, Awan Orion yang terkenal hanya berjarak 1300 tahun cahaya dari kita), dan formasi padat terisolasi yang disebut Bok globules.
Kondisi pembentukan bintang
Kelahiran bintang baru membutuhkan perkembangan yang sangat diperlukan dari ketidakstabilan gravitasi di awan gas dan debu. Karena berbagai proses dinamis yang berasal dari internal dan eksternal (misalnya, tingkat rotasi yang berbeda di berbagai wilayah dari awan yang bentuknya tidak beraturan atau lewatnya gelombang kejut selama ledakan supernova di sekitarnya), densitas distribusi materi di awan berfluktuasi.. Tetapi tidak setiap fluktuasi kepadatan yang muncul mengarah pada kompresi lebih lanjut dari gas dan munculnya bintang. Medan magnet di awan dan turbulensi melawan hal ini.
Area peningkatan konsentrasi suatu zat harus memiliki panjang yang cukup untuk memastikan bahwa gravitasi dapat menahan gaya elastis (gradien tekanan) dari medium gas dan debu. Ukuran kritis seperti itu disebut jari-jari Jeans (seorang fisikawan dan astronom Inggris yang meletakkan dasar-dasar teori ketidakstabilan gravitasi pada awal abad ke-20). Massa yang terkandung di dalam Jeansradius juga tidak boleh kurang dari nilai tertentu, dan nilai ini (massa Jeans) sebanding dengan suhu.
Jelas bahwa semakin dingin dan padat medium, semakin kecil radius kritis di mana fluktuasi tidak merata, tetapi terus memadat. Selanjutnya, pembentukan bintang berlangsung dalam beberapa tahap.
Ciutkan dan fragmentasi sebagian awan
Saat gas dikompresi, energi dilepaskan. Pada fase awal proses, penting bahwa inti kondensasi di awan dapat mendingin secara efektif karena radiasi dalam rentang inframerah, yang dilakukan terutama oleh molekul dan partikel debu. Oleh karena itu, pada tahap ini, pemadatan berlangsung cepat dan menjadi ireversibel: fragmen awan runtuh.
Dalam area yang menyusut dan pada saat yang sama pendinginan, jika cukup besar, inti materi kondensasi baru dapat muncul, karena dengan peningkatan densitas, massa kritis Jeans berkurang jika suhu tidak meningkat. Fenomena ini disebut fragmentasi; berkat dia, pembentukan bintang paling sering terjadi bukan satu per satu, tetapi dalam kelompok - asosiasi.
Durasi tahap kompresi intens, menurut konsep modern, kecil - sekitar 100 ribu tahun.
Memanaskan fragmen awan dan membentuk protobintang
Pada titik tertentu, kepadatan daerah yang runtuh menjadi terlalu tinggi, dan kehilangan transparansi, akibatnya gas mulai memanas. Nilai massa Jeans meningkat, fragmentasi lebih lanjut menjadi tidak mungkin, dan kompresi di bawahhanya fragmen yang telah terbentuk saat ini yang diuji oleh aksi gravitasinya sendiri. Tidak seperti tahap sebelumnya, karena peningkatan suhu yang stabil dan, dengan demikian, tekanan gas, tahap ini memakan waktu lebih lama - sekitar 50 juta tahun.
Objek yang terbentuk selama proses ini disebut protobintang. Hal ini dibedakan oleh interaksi aktif dengan gas sisa dan materi debu dari awan induk.
Fitur protobintang
Bintang yang baru lahir cenderung membuang energi kontraksi gravitasi ke luar. Proses konveksi berkembang di dalamnya, dan lapisan luar memancarkan radiasi intens dalam inframerah, dan kemudian dalam rentang optik, memanaskan gas di sekitarnya, yang berkontribusi pada penjernihannya. Jika ada pembentukan bintang bermassa besar, dengan suhu tinggi, ia hampir dapat "membersihkan" ruang di sekitarnya. Radiasinya akan mengionisasi gas sisa - ini adalah bagaimana daerah HII terbentuk.
Awalnya, fragmen induk awan, tentu saja, dengan satu atau lain cara, diputar, dan ketika dikompresi, karena hukum kekekalan momentum sudut, rotasi dipercepat. Jika bintang yang sebanding dengan Matahari lahir, gas dan debu di sekitarnya akan terus jatuh di atasnya sesuai dengan momentum sudut, dan piringan akresi protoplanet akan terbentuk di bidang ekuator. Karena kecepatan rotasi yang tinggi, gas panas yang terionisasi sebagian dari bagian dalam piringan dikeluarkan oleh protobintang dalam bentuk aliran jet kutub dengankecepatan ratusan kilometer per detik. Pancaran ini, bertabrakan dengan gas antarbintang, membentuk gelombang kejut yang terlihat di bagian optik spektrum. Sampai saat ini, beberapa ratus fenomena seperti itu - objek Herbig-Haro - telah ditemukan.
Protobintang panas yang massanya dekat dengan Matahari (dikenal sebagai bintang T Tauri) menunjukkan variasi kecerahan yang kacau dan luminositas tinggi yang terkait dengan jari-jari besar karena mereka terus berkontraksi.
Awal fusi nuklir. Bintang muda
Ketika suhu di daerah pusat protobintang mencapai beberapa juta derajat, reaksi termonuklir dimulai di sana. Proses kelahiran bintang baru pada tahap ini dapat dianggap selesai. Matahari muda, seperti yang mereka katakan, "duduk di deret utama", yaitu, memasuki tahap utama kehidupannya, di mana sumber energinya adalah fusi nuklir helium dari hidrogen. Pelepasan energi ini menyeimbangkan kontraksi gravitasi dan menstabilkan bintang.
Fitur perjalanan semua tahap lebih lanjut dari evolusi bintang ditentukan oleh massa tempat mereka dilahirkan, dan komposisi kimia (metalik), yang sangat bergantung pada komposisi pengotor unsur-unsur yang lebih berat daripada helium di awan awal. Jika sebuah bintang cukup masif, ia akan memproses sebagian helium menjadi unsur-unsur yang lebih berat - karbon, oksigen, silikon, dan lainnya - yang, pada akhir masa hidupnya, akan menjadi bagian dari gas dan debu antarbintang dan berfungsi sebagai bahan untuk pembentukannya. bintang baru.
