Кіріспе

Ғарыштағы үлкен, өзін-өзі жарықтандыратын нысан.
Астрономиялық нысан.

Жұлдыз – өзінің гравитациясымен бірге ұсталып тұрған плазманың жарқыраған шар тәрізді денесі. Жерге ең жақын жұлдыз – Күн. Көптеген басқа жұлдыздарды түнде қалың көзбен көруге болады; олардың Жерден өте алыс болуы оларды жарықтың тұрақты нүктелері ретінде көрінуіне себеп болады. Ең айқын жұлдыздар шоқжұлдыздар мен астеризмдерге жіктеліп, ең жарық жұлдыздардың көптегеніне жеке аттар берілген. Астрономдар белгілі жұлдыздарды анықтап, стандартталған жұлдыз белгілерін ұсынатын жұлдыз каталогтарын жасады. Байқалатын ғаламшарда шамамен e=22-ден e=24-ке дейін жұлдыз бар. Бұл жұлдыздардың шамамен 4000-ы ғана – барлығы Сарыжола галактикасының ішінде – қалың көзбен көрінеді. Жұлдыздың өмірі көбінесе сутек, гелий және аздаған ауыр элементтерден тұратын газдан тұратын тұманның гравитациялық құлауынан басталады. Оның жалпы массасы оның эволюциясын және соңғы тағдырын анықтайды. Жұлдыз өмірінің көп бөлігінде өз ядросында сутекті гелийге термоядролық біріктіру арқылы жарқырайды. Бұл процесс энергияны бөліп шығарады, ол жұлдыздың ішінде таралып, сыртқы ғарышқа сәулеленеді. Жұлдыздың өмірінің соңында, термоядролық реактор ретінде, оның ядросы жұлдыздық қалдыққа айналады: ақ ергежейлі, нейтронды жұлдыз немесе, егер оның массасы жеткілікті болса, қара тесік. Жұлдыздарда немесе олардың қалдықтарындағы жұлдыздық нуклеосинтез литийден ауыр барлық табиғи химиялық элементтерді жасайды. Жұлдыздық массаның жоғалуы немесе суперновалық жарылыстар химиялық жағынан байытылған материалды жұлдызаралық ортаға қайтарады. Бұл элементтер кейін жаңа жұлдыздарға айналады. Астрономдар жұлдыздың қасиеттерін – массасын, жасын, металдық құрамын (химиялық құрамын), өзгеруін, қашықтығын және ғарыштағы қозғалысын – жұлдыздың көрінетін жарықтығын, спектрін және уақыт өте келе аспандағы орнының өзгеруін бақылау арқылы анықтай алады. Жұлдыздар планеталық жүйелер және екі немесе одан көп жұлдыздан тұратын жұлдыздық жүйелер сияқты басқа астрономиялық нысандармен орбиталық жүйелер құрауы мүмкін. Егер мұндай екі жұлдыз бір-біріне жақын орбитада болса, олардың гравитациялық өзара әрекеттесуі олардың эволюциясына маңызды әсер етуі мүмкін. Жұлдыздар жұлдыздық шоқ немесе галактика сияқты әлдеқайда үлкен гравитациялық байланысты құрылымның бөлігі болуы мүмкін.

Этимология

"Жұлдыз" сөзі ең басындағы Индоевропа тілінің "h₂stḗr" түбірінен тараған, ол да "жұлдыз" дегенді білдіреді, бірақ одан әрі "h₂eh₁s" ("жағу", сонымен қатар "күл" сөзінің де бастауы) + "tēr" (агенттік жұрнақ) деп талданады. Латынша "stella", грекше "aster", немісше "Stern" сөздерімен салыстырыңыз. Кейбір ғалымдар бұл сөздің аккад тілінен алынған "istar" (Шолпан) сөзінен шыққандығын айтады, алайда бұл күмәнді. "Жұлдыз" сөзі мына сөздермен бір түбірден шыққан: астериск, астероид, астрал, шоқжұлдыз, Естер.

Байқау тарихы

Тарихи тұрғыдан алғанда, жұлдыздар әлемдегі барлық өркениеттер үшін маңызды болған. Олар діни амалдардың, болжамдардың, мифологияның құрамына кірген, аспандық навигация мен бағдарлауға, жыл мерзімдерін анықтауға және күнтізбелерді жасауға қолданылған. Ертедегі астрономдар аспан сферасында орны өзгермейтін «тұрақты жұлдыздар» мен күндер немесе апталар бойы тұрақты жұлдыздарға қатысты қозғалатын «кездейсоқ жұлдыздар» (планеталар) арасындағы айырмашылықты байқаған. Көне ғалымдар жұлдыздардың бір аспан сферасына бекітілгенін және олардың өзгермейтініне сенген. Астрономдар әйгілі жұлдыздарды жұлдыздар топтары мен шоқжұлдыздарға біріктіріп, планеталардың қозғалысын және Күннің шамамен орнын анықтау үшін пайдаланған. Күннің жұлдыздарға (және көкжиекке) қарсы қозғалысы күнтізбелерді жасау үшін қолданылды, олар шаруашылық тәжірибесін реттеуге пайдаланылған. Қазіргі әлемде кеңінен қолданылатын Григориан күнтізбесі – Жердің айналу осінің және оның жергілікті жұлдызы Күннің бұрышына негізделген күн күнтізбесі. Ең көне дәл мерзімі көрсетілген жұлдыздар картасы ежелгі Египет астрономиясының нәтижесі болған. Жұлдыз каталогтарының ең ертегісі ежелгі Вавилон астрономдары Месопотамияда б.з.д. жасаған. Грек астрономиясындағы алғашқы жұлдыз каталогын шамамен б.з.д. 300 жылы Аристилл Тимохаристің көмегімен жасаған. Гиппархтың жұлдыз каталогы (б.з.д. 2 ғасыр) 1020 жұлдызды қамтыған және Птолемейдің жұлдыз каталогын құрастыру үшін пайдаланылған. Гиппарх алғашқы тіркелген жаңа жұлдызды (нованы) ашқанымен танымал. Бүгінгі күні қолданылатын көптеген шоқжұлдыздар мен жұлдыз атаулары грек астрономиясынан алынған. Аспанның өзгермейтіндігіне қарамастан, қытай астрономдары жаңа жұлдыздар пайда болуы мүмкін екенін білген. 185 жылы олар алғаш рет супернованы байқап, оны жазған, қазір ол SN 185 деп аталады. Тарихқа жазылған ең жарқын жұлдыздық оқиға – 1006 жылы байқалған және мысырлық астроном Али ибн Ридван мен бірнеше қытай астрономдары жазған SN 1006 суперновасы. 1054 жылғы SN 1054 суперновасы, Қиыршұбыртқы тұмандығының пайда болуына себеп болған, қытай және ислам астрономдарымен де байқалған. Орта ғасырлық ислам астрономдары көптеген жұлдыздарға арабша атаулар берген, олар әлі де қолданылуда, және жұлдыздардың орналасуын есептейтін көптеген астрономиялық құралдарды ойлап тапқан. Олар негізінен Zij жұлдыз каталогтарын жасау үшін алғашқы үлкен обсерваториялық зерттеу институттарын құрған. Олардың ішінде парсы астрономы Абд әл Рахман әл Суфи 964 жылы жазған «Тұрақты жұлдыздар кітабы», ол көптеген жұлдыздарды, жұлдыз шоқтарын (Омикрон Велорум және Брокки шоқтарын қоса), және галактикаларды (Андромеда галактикасын қоса) бақылаған. А. Захордың айтуынша, 11 ғасырда парсы ғалымы Әбу Райхан Бируни Құс жолы галактикасын тұманды жұлдыздардың қасиеттеріне ие көптеген бөлшектер ретінде сипаттаған және 1019 жылы Ай тұтылуы кезінде әртүрлі жұлдыздардың ендіктерін берген. Жозеп Пуигтің айтуынша, андалузиялық астроном Ибн Баджах Құс жолы бір-біріне жақын орналасқан көптеген жұлдыздардан тұратынын және ай астындағы материалдың сынуы салдарынан үздіксіз бейне болып көрінетінін ұсынған, оның дәлелі ретінде 500 AH (1106/1107 AD) жылы Юпитер мен Марстың бірігуін байқауы. Тихо Браге сияқты ертедегі еуропалық астрономдар түнгі аспанда жаңа жұлдыздарды (кейіннен олар новалар деп аталды) анықтаған, бұл аспанның өзгермейтін емес екенін көрсеткен. 1584 жылы Джордано Бруно жұлдыздар Күнге ұқсас екенін және олардың айналасында басқа планеталар, тіпті Жер сияқты планеталар болуы мүмкін екенін айтқан, бұл идеяны ежелгі грек философтары Демокрит пен Эпикур және орта ғасырлық ислам космологтары бұрын ұсынған. Келесі ғасырда жұлдыздар Күнмен бірдей деген ой астрономдар арасында консенсусқа жеткен. Бұл жұлдыздардың Күн жүйесіне ешқандай тартылыс күші жоқ екенін түсіндіру үшін Исаак Ньютон жұлдыздар барлық бағытта тең таралған деген пікір айтқан. Италиялық астроном Джеминиано Монтанари 1667 жылы Алгол жұлдызының жарықтығының өзгеруін байқаған. Эдмонд Галли жақын маңдағы «тұрақты» жұлдыздардың жеке қозғалысының алғашқы өлшеулерін жариялап, олардың ежелгі грек астрономдары Птолемей мен Гиппархтың заманынан бері орнын өзгерткенін көрсеткен. Уильям Гершель өзінің басқа жетістіктерімен қатар, кейбір жұлдыздар тек бір бағытта ғана емес, сонымен қатар екі жұлдыздан тұратын жүйе құрайтынын ашқан. Жұлдыз спектроскопиясының ғылымын Йозеф фон Фраунгофер және Анджело Секки дамытқан. Сириус сияқты жұлдыздардың спектрлерін Күнмен салыстырып, олар сіңіру сызықтарының күші мен санындағы айырмашылықтарды тапқан – жұлдыз спектрінде атмосфераның белгілі бір жиіліктерді сіңіруінен туындаған қара сызықтар. 1865 жылы Секки жұлдыздарды спектральды түрлеріне жіктеуді бастаған. Жұлдыздық жіктеу схемасының қазіргі нұсқасын 1900 жылдардың басында Энни Дж. Кэннон жасаған. Жұлдызға дейінгі қашықтықтың алғашқы тікелей өлшеуі (61 Аққуы 11,4 жарық жылы қашықтықта) 1838 жылы Фридрих Бессель параллакс әдісін қолданып жасаған. Параллакс өлшеулері жұлдыздардың аспандағы зор арақашықтығын көрсеткен. 20 ғасырда жұлдыздарды ғылыми тұрғыдан зерттеуде үлкен прогресс болды. Фотография астрономиялық құрал ретінде бағалы болды. Карл Шварцшильд жұлдыздың түсін және, демек, температурасын визуалды шаманы фото шамамен салыстыру арқылы анықтауға болатынын ашқан. Фотоэлектрлік фотометрдің дамуы әртүрлі толқын ұзындығында шаманы дәл өлшеуге мүмкіндік берді. 1921 жылы Альберт А. Мишельсон алғаш рет Гукер телескопындағы интерферометрді қолданып жұлдыздың диаметрін өлшеген. 20 ғасырдың басында жұлдыздардың физикалық құрылымы туралы маңызды теориялық жұмыстар жасалған. 1913 жылы Герцшпрунг-Рассел диаграммасы жасалған, ол жұлдыздарды астрофизикалық тұрғыдан зерттеуге серпін берді. Жұлдыздың ішкі құрылымын және жұлдыз эволюциясын түсіндіретін сәтті модельдер жасалған. Сесилия Пейн Гапошкин 1925 жылы докторлық диссертациясында жұлдыздардың негізінен сутегі мен гелийден тұратынын алғаш айтқан. Жұлдыз спектрлері кванттық физиканың жетістіктері арқылы одан әрі түсіндірілді. Бұл жұлдыз атмосферасының химиялық құрамын анықтауға мүмкіндік берді. Суперновалар және супернова тәріздес сирек оқиғалардың ерекше жағдайларын қоспағанда, жеке жұлдыздар негізінен Жергілікті топта, әсіресе Көкжол галактикасының көрінетін бөлігінде (Көкжол галактикасы үшін қол жетімді егжей-тегжейлі жұлдыз каталогтары көрсеткендей) және оның серіктерінде байқалған. Жеке жұлдыздар, мысалы, Цефеид айнымалылары, Virgo шоғындағы M87 және M100 галактикаларында, сондай-ақ басқа салыстырмалы жақын галактикалардағы жарқын жұлдыздарда байқалған. Гравитациялық линзалардың көмегімен бір жұлдыз (Икар деп аталған) 9 миллиард жарық жылы қашықтықта байқалған.

Айнымалы жұлдыздар

Айнымалы жұлдыздардың жарықтылығы ішкі немесе сыртқы қасиеттеріне байланысты мерзімді немесе кездейсоқ түрде өзгереді. Өздігінен айнымалы жұлдыздардың негізгі типтерін үш басты топқа бөлуге болады. Жұлдыздық эволюция барысында кейбір жұлдыздар пульсациялық айнымалыларға айналатын фазалардан өтеді. Пульсациялық айнымалы жұлдыздардың радиусы мен жарықтылығы уақыт өте келе өзгереді, олар жұлдыздың көлеміне байланысты минуттардан жылдарға дейінгі кезеңдерде кеңейіп, жиырылады. Бұл санатқа Сефеид және Сефеид сияқты жұлдыздар, сондай-ақ Мира сияқты ұзақ мерзімді айнымалылар жатады. Эруптивті айнымалылар – жарық немесе масса шығару оқиғаларының нәтижесінде жарықтылығы күрт өсетін жұлдыздар. Кейбір новалар қайталамалы болып келеді, белгілі бір амплитудадағы мерзімдік жарылыстарды бастан кешіреді.

Құрылымы

Тұрақты жұлдыздың ішкі бөлігі гидростатикалық тепе-теңдік күйінде болады: кез келген кішкентай көлемдегі күштер шамалы ғана өзара тепе-теңдік жасайды. Тепе-теңдік күштері – жұлдыз ішіндегі қысым градиентінен туындайтын гравитациялық күш пен сыртқа бағытталған күш. Қысым градиенті плазманың температура градиентімен анықталады; жұлдыздың сыртқы бөлігі ядродан салқын. Негізгі тізбек немесе алып жұлдыздың ядросындағы температура кем дегенде e=7 шамасында болады. Негізгі тізбек жұлдызының сутегін жасайтын ядросындағы температура мен қысым ядролық синтездің жүзеге асуы үшін және жұлдыздың одан әрі құлауына жол бермес үшін жеткілікті энергияның өндірілуі үшін қажет. Атом ядролары ядрода біріккенде, олар гамма сәулелері түрінде энергия шығарады. Бұл фотондар айналадағы плазмамен өзара әрекеттесіп, ядродағы жылу энергиясын арттырады. Негізгі тізбектегі жұлдыздар сутекті гелийге айналдырады, ядрода гелийдің үлесі баяу, бірақ тұрақты түрде артады. Әрі қарай гелийдің мөлшері басым болып, ядрода энергия өндірілуі тоқтатылады. Оның орнына, 500-ден асатын массасы бар жұлдыздарда, синтез дегенерацияланған гелий ядросының айналасындағы баяу кеңейіп жатқан қабықта жүзеге асады. Гидростатикалық тепе-теңдікке қоса, тұрақты жұлдыздың ішкі бөлігі жылулық тепе-теңдіктің энергиялық тепе-теңдігін сақтайды. Ішкі кеңістікте температураның радиалды градиенті сыртқа қарай энергия ағынына себеп болады. Жұлдыздың кез келген қабатынан шығатын энергия ағыны төменнен келіп түсетін энергия ағынымен дәл сәйкес келеді. Радиациялық аймақ – жұлдыздың ішкі бөлігінде энергия ағыны радиациялық жылу алмасуға байланысты болатын аймақ, себебі конвекциялық жылу алмасу сол аймақта тиімсіз. Бұл аймақта плазманың қозғалысы бұзылмайды және кез келген массалық қозғалыс тоқтатылады. Егер бұл жағдай орындалмаса, плазма тұрақсыз болып, конвекция пайда болады, нәтижесінде конвекциялық аймақ құрылады. Бұл, мысалы, ядроға жақын жерде немесе жоғары мөлдірлікке ие аймақтарда (радиациялық жылу алмасуды тиімсіз ететін) сыртқы қабықтағы сияқты, өте жоғары энергия ағыны болатын жерлерде болуы мүмкін. Қызыл ергежейлі жұлдыздардың барлығы конвективті болып келеді, бұл гелий ядросының жиналуына кедерес жасайды. Фотосфера деңгейінен жоғары жұлдыздық атмосфера орналасқан. Күн сияқты негізгі тізбектегі жұлдызда атмосфераның ең төменгі деңгейі, фотосфераның үстінде орналасқан, онда тікенектер пайда болып, жұлдыздық жарылыстар басталады – жұқа хромосфера аймағы. Одан жоғары температураның күрт өсетін өту аймағы орналасқан. Одан кейін бірнеше миллион километрге дейін созылатын, қатты қызған плазманың көлемі – корона орналасқан. Коронаның болуы жұлдыздың сыртқы қабаттарындағы конвекциялық аймаққа байланысты болып көрінеді. Күннің корона аймағы әдетте күн тұтылу кезінде ғана көрінеді. Коронадан плазма бөлшектерінен тұратын жұлдыздық жел жұлдыздан сыртқа қарай кеңейіп, жұлдызаралық ортамен өзара әрекеттеседі. Күн үшін оның күн желдің әсері гелиосфера деп аталатын көпіршік тәрізді аймаққа дейін жетеді.