Галактикалар мен жұлдызды жүйелердің эволюциясы

Галактикалардың құрылымы мен пайда болуы туралы зерттейтін космологиямен ғылымымен қатар космогония  (грекше: “гонейа” – туылу деген мағынаны білдіреді) – космостық денелер мен олардың жүйелерінің шығу тегі мен дамуын зерттейді (космогонияның планеталық, жұлдыздың, галактикалық түрлері бар). Галактикалар дегеніміз, тек шар тәрізді ғана емес, спираль, эллипс, т. б. тәрізді ортасында ядролары бар жұлдыздар мен олардың жүйелерінің алып жиынтықтары болып саналады. Галактикалар миллиардтап саналады, сондай – ақ олардың әрқайсысында миллиардтаған жұлдыздар бар.

      Болжамдар бойынша галактикалар ең ауыр элементарлық бөлшектер - гиперондардан тұрады, кейін жұлдыздар заттардың фрагменттелуі нәтижесінде түзілген. Бұл заттар галактикалардың ядросында әлі де кездеседі деген жорамалдар да бар. Кеңейетін қаламның теориясы астрономияның прогресіне себеп болған, бірнеше қиындықтармен кездесті. Үлкен жарылыстан кейін шексіз тығыздығы бар нүктеден ұшып шыққан зат, өзара тартылыс әсерінен бір – бірін тежеп, олардың жылдамдығы төмендеу керек. Бірақ тоқтау үшін бүкіл қаламның массасы да жетпейді. Осыған байланысты ғылымда 1939 жылы қаламдағы “қара ойықтар” туралы гипотеза пайда болды. Бұл ойықтар көзге көрінбейді, бірақ олар қаламның массасының 9/10 бөлігін құрайды.

      Сонымен “қара ойықтар” дегеніміз не? Егер кез келген заттың белгілі бір массасы сол массаға шекті болып табылатын аз деңгейге жетсе, онда бұл зат өзінің тартылыс күші әсерінен тығыздала бастайды. Тығыздалу әсерінен затың массасы көбейіп, сәйкесінше заттың тартылыс күші де жоғарылай бастайды. Бұл тартылыс күшін жеңу үшін заттың жылдамдығы жарықтың жылдамдығынан да жоғары болуы тиіс. Сондықтан да “қара ойық” сыртқа ештеңі де шығармай, ешқандай жарықты шағылыстармайды, яғни көзге де көрінбейді. Сондай ақ “қара ойықтың” ішінде кеңістік өз бағытынан ауытқып, уақыт баяулайды. Осы “қара ойықтар” галактикалардың ядросын құрап, өте қуатты энергия көзі болған және олар жұлдыздарға дейінгі зат, яғни олардан жұлдыздар пайда болған деп жорамалданады.

      1963 жылы квазарлар (квазижұлдыздың радиосәуле көзі) - қаламдағы радиосәулелердің аса қуатты қайнар көзі ашылды. Олардың жарығының күші галактикалардың жарығынан жүздеген есе артық, ал көлемі олардан ондаған есе аз. Квазарлар – жаңадан түзілген галактикалардың ядролары болып табылады, яғни галактикалар әлі түзілу үстінде деген болжамдар бар.

      Астрономиялық бақылаулар, галактикалардың ядроларынан үздіксіз сутегі бөлінетіндігін көрсетті. Барлық химиялық элементтердің бастапқысы, яғни сутегінің атомы, басқа химиялық элементтердің ішіндегі ең қарапайымы болып табылады – ол оның ядросындағы бір протоннан және орбитасында айналып жүретін электроннан құралған. Нуклеосинтез теориясына сәйкес,  сутегіден жұлдыздардың қойнауында атомдық реакциялар нәтижесінде күрделі атомдар түзіледі. Жұлдыздың массасы неғұрлым көп болса, соғұрлым күрделірек атомдар түзіледі. Біздің күніміз кәдімгі жұлдыздар секілді сутегіден тек гелий ғана шығарады (ол галактикалардың ядроларын түзеді), ал аса ірі жұлдыздар тірі заттың негізгі элементін - көміртегін жасап шығарады.

      Жұлдыздардағы нуклеосинтез теориясы физикалық эволюция мен  химиялық элементтердің таралуын, олар алғашқы жұлдыздардың сутегі мен гелийдің қоспасынан тұратын заттардан түзілген деген жорамалмен жақсы түсіндіреді. Ядролық реакцияларды қаламның космологиялық ұлғаю деңгейі мен осыған байланысты оның температурасының төмендеуіне байланысты қарастырып, қазіргі кезде бақыланып отырған әртүрлі химиялық әлементтер мен изотоптардың қатынасын байқауға болады. Нуклеосинтез теориясына сәйкес, Жер бастапқы заттан емес, жұлдыздарда жүріп өткен нуклеосинтез реакцияларының нәтижесінде түзілген заттан пайда болған. Яғни, барлық элементтердің түгелдей (олардың ішінде ауыр металлдардың да – темір, қорғасын және т.б.) қаламның алғашқы ұлғаю кезеңімен байланыстыру тіпті қажет те емес.

      Біздің галактикамызда орналасқан құс Жолының жас мөлшері жайлы астрономдардың бір бөлігі ол әлі жас және құс Жолында жұлдыздардың пайда болу үрдістері жүріп жатыр деген пікірді ұстанып отыр. Сондай – ақ құс жолында айналып жүрген газ бұлттарының болу мүкіндігі жоққа шығарылмайды. Коллапс процесінің нәтижесінде бұлттардан жұлдыздар пайда болады. Осыған сәйкес алуан түрлі жұлдыздың, бұлттық жүйелер де пайда болады.

      Жас және ескі жұлдыздардың құрамына анализ жасай отырып галактика эволюциясының кезеңдерін анықтауға болады. Ескі жұлдыздар галактика эволюциясының бастапқы кезеңінің құрамын көрсетеді. Жұлдыздардың металдың қасиеттерінің арақатынасы галактикадағы эволюциялық өзгерістер туралы ғана емес, сондай – ақ қаламның химиялық эволюциясы жайлы да мәлімет береді.

      Жас жұлдыздарда ескі жұлдыздармен салыстырғанда металдың қасиет басым. Оның себебі, жұлдыздың орта өзіне ауыр элементтерді ескі жұлдыздарда нуклеосинтез процесінің нәтижесінде алып отырады, яғни олар дайын күйінде жаңа түзілген жұлдыздардың құрамына кіреді.

      қалам эволюциясы жұлдыздардың түзілу процестерінің әртүрлілігінің дәлелі. Жұлдыздардың түзілу процестерінің интенсивтілігінің деңгейі әртүрлі болған кезеңдерін бақылауға болады. Бұл  процесті жұлдыздар шоғырларының нысандарынан байқай аламыз. Мысалға, орталығы шар тәрізді, линза нысанды жұлдыз шоғыры үзік - үзік кезеңдерде пайда болған, ал түзілу үрдісі үздіксіз жүргенде эллипс тәрізді галактикалар пайда болған. Галактикада жас және ескі  жұлдыздар, оның әртүрлі аймақтарында орналасқан. Сол себепті қозғалу жылдамдықтары мен химиялық қасиеттері бір-бірінен бөлек екі түрлі жүйе қалыптасады.

      Барлық аспан денелерін энергия бөлетін жұлдыздар және энергия бөлмейтін планеталар, кометалар, метеориттер мен космостық шақ деп бөлуге болады. Жұлдыздар энергиясы олардың қойнауындағы ондаған млн градусқа жететін температурада жүретін ядролық процестер нәтижесінде түзіледі, осы үрдіс кезінде аса күшті сіңетін қасиеті бар ерекше бөлшектер - нейтринолар бөлінеді.

      Галактикалардың жұлдыздың құрамы алуан түрлі. Қазіргі заманғы көзқарасқа сәйкес,  жұлдыздар дегеніміз плазма, яғни аса тығыз, ыстық және үнемі будақтап тұратын газдың жиынтықтары. Дауылдар бұл затты кейде шақырымдық қашықтыға шашыратып тастайды. Олардың бір бөлігі қайтадан түсіп, қалғаны кеңістікте таралып кетеді.

      Жұлдыздардың пайда болу процесін Күннің пайда болуы моделі арқылы түсіндіруге болады. Күн дегеніміз сары түсті, негізгі қатардағы жұлдыз. Қатардағы деуіміздің себебі, жұлдыздардың түрлері өте көп, мысалға: Қызыл алыптар, ақ карликтер, пульсарлар, нейтрондық жұлдыздар, квазарлар, қара ойықтар және т. б. Олардың барлығы да бірдей жолмен пайда бола алады.

       Галактикалардың әсер ету аймақтарында үнемі жұлдызаралық зат шоқыраланады. Бұл үрдісті қазіргі заманғы бақылау құралдарымен-ақ көруге болады. Олар протожұлдыздың бұлттар деп аталады. Бұндай бұлттар негізінен сутегі мен азғантай гелийдің қоспасы және де ауыр металдар бөліктерінен құралған.

       Гравитациялық күштер осы бұлттарды сығып, глобула деп аталатын орталық бөлігін қалыптастырады. Глобула пайда бола салғанда сығылудың әсерінен температура көтеріле бастайды. Бұл үрдіс темір, никель және одан да ауыр элементтердің түйіршіктерінің пайда болуымен қатар жүреді. Глобуланың температурасы жоғары болатын қабаттарында кремний, метан, аммиак және жеңіл элементтер түзіледі. Бұл заттар газды дискінің орталығына түсіп, нәтижесінде оның ішінде сақина қалыптастырады. Сақинаның өзі қозғалу барысыныда бөлшектермен соқтығысып, олар бір – бірінен жабысып, содан кейін планеталар түзетін астероидтарды құруы мүмкін.

      Жұлдыздарды өзара түсі, жарығы, массасы мен спектрлік сипаттамасы бойынша ажыратады. Спектрі мен жылтырлығы өзгеріп тұратын – өзгермелі жұлдыздар (Тау Кита), стационарлық емес (жас) жұлдыздар, сондай – ақ жасы 10 млн жылдан аспайтын жұлдыздың ассоциациялар болуы мүмкін. Олардан көп мөлшерде жылулық емес сипатта болатын энергия бөлінетін аса жаңа жұлдыздар және тұмандық (газдардың шоғырлануы) түзілуі мүмкін. Бірақ жұлдыздардың құрамы негізінен бірдей болады. Көп жағдайда олар сутегі пен гелийден түзілген.

      Сонымен қатар қаламда аса ірі жұлдыздар - қызыл алыптар мен аса ірі алыптар бар. Сонымен бірге көлемі өте аз, бірақ массасы күннің массасына жақын, радиустары күннің радиусының 1/50000 болатын (10-20 км) нейтрондық жұлдыздар да болады. Олардың нейтрондық жұлдыз деп аталуының себебі олар нейтрондардың ірі шоғырынан құралған.

      1967 жылы пульсарлар, яғни  – Жерге периодтың түрде келіп жететін радио-оптикалық, рентген және гамма сәулелерінің көзі болып табылатын сәулелердің ғарыштық көзі ашылды. Радиопульсарлардың (тез айналатын нейтрондық жұлдыздар) импульстарының периодтары – 0,03-4 сек, жай жұлдыздан нейтрондық жұлдызға заттың барлығы ағып өтетін  қосарланған жұлдыздардың рентген пульсарлары – бірнеше және одан да көп секундты құрайды.

      Аспан сырт көзге қарағанда үнемі тыныштықта болатын секілді. Ал шынында аспанда үнемі катастрофалар болып, жаңа, жас жұлдыздар түзіліп жатады, жарылыстар кезінде жұлдыздардың жарығы.