ч.1_7. Концепция теории образования и эволюции звезд.Белые карлики.Планетарные туманности.Сверхновые звезды.

Часть_1 (страницы 1-26)- до Термоденамического этапа

7. Концепция теории образования и эволюции звезд.

Белые карлики. Планетарные туманности. Сверхновые звезды.

***

Аннотация

            Рассмотрена эволюция звезд в зависимости от их массы, от исходного газового облака до образования сверхновых звезд и черных карликов.

***

Содержание

1. Введение ……………………………………………………………….     1
2. Этапы эволюции звездного вещества ……………………………….      3
   1. Стартовый этап ……………………………………………………..    3
   2. Гравитационный этап ………………………………………………  18
   3. Термодинамический этап ………………………………………….   26
   4. Теория звездных ядер ……………………………………………..    28
   5. Термоядерный этап ……………………………………………….     43
   6. Структура звезд главной последовательности диаграммы Г-Р ..     52
3. Магнитные поля звезд …………………………………………………    63
4. Эволюция звезд ……………………………………………………….      68
5. Воздействие звездной радиации на космические объекты …………..    83
6. Методика определения параметров звезд …………………………….    84

1. Введение
         Базовыми космическими объектами во вселенной являются:
   - галактики,
   - звезды,
   - планеты.
       Галактики – это звездные острова вселенной, представленные в главном, большими совокупностями звезд, гравитационно  связанные в единые самостоятельные космические объекты.
       Звезда – это целостный гравитационно связанный космический объект, излучающий электромагнитные волны, в частности, в оптическом диапазоне за счёт энергии выделяющейся при протекании термоядерных реакций, с массой от десять в двадцать девятой по десять в тридцать второй степени килограмм. 
        Планеты – это преимущественно спутники звезд, не имеющие собственных источников световых волн.
       Одним из важнейших эволюционных процессов, происходящих с веществом во вселенной, является фактор образования звезд, источника тепловой и световой энергии без которых невозможно существование жизни во вселенной.
         В целом, эволюционный период преобразование звездного вещества представлен следующими основными этапами:
   - стартовый,
   - гравитационный,
   - термодинамический,
   - термоядерный,
   -  завершающий.
       На первом этапе из исходного вещества, распределенного в пространстве вселенной, происходит выделение первичных самостоятельных гравитационно - связанных газовых облаков, массы которых соответствует массам будущих звезд. Плотность вещества таких исходных облаков такова, что является прозрачной для прохождения через них электромагнитных волн. Такие облака переходят в состояние гравитационной неустойчивости, что характеризует второй эволюционный этап звездного вещества. На этом этапе происходит гравитационное сжатие вещества газовых  облаков, сопровождающееся ростом плотности их вещества и температуры. Этап заканчивается потерей прозрачности вещества для прохождения через  них большей части электромагнитных волн.
        После потери прозрачности вещества, представляющего облако, происходит переход к третьему эволюционному этапу. Он сопровождается хаотичным затуханием колебаний макроскопических параметров газовых облаков. С этого момента начинается этап эволюции преобразования звездного вещества в звезду. На третьем этапе происходит опережающий рост температуры того вещества газового облака, которое находится в его центральном объёме. Энергия, необходимая для нагрева вещества берется из потенциально - гравитационной энергии, выделяющейся при гравитационном сжатии вещества газового облака. При достижении некоторого порогового давления у большей части звезд в их центральном объёме образуется ядро, представленного веществом, находящегося в состоянии повышенной плотности.
        При достижении пороговой температуры вещества в центральном объёме облака достаточной для запуска термоядерных реакций, облака становятся теми звездами, которые земные наблюдатели видят ночью на небе. В их число входит и Солнце. Это четвертый  этап эволюции звезд.
       После завершения этапа выгорания термоядерного топлива запускается процесс дальнейшего гравитационного сжатия вещества, представляющего звезду. Свечение звезды на этом этапе обеспечивается потенциальной энергией гравитационного сжатия звездного вещества.
        На завершающем эволюционном этапе, по мере остывания вещества, звезда превращается вначале в белого, затем в коричневого, и наконец, в черного карлика с гигантской плотностью своего вещества. На этом промежуточный эволюционный период звездного вещества завершается.
         Все звезды можно разбить на 2 класса:
   - безъядерные,
   - ядерные.
           Базовой границей различия классов звезд является величина их массы. Звезды разных классов отличаются друг от друга принципиально различной эволюцией изменения их структурного состояния. Отсюда следует и различные этапы, которые возникают при эволюционном преобразовании звездного вещества.
        Этапы эволюции безъядерных звезд:

1. До начала сжатия первичного звездного вещества (газовое состояние).
2. Гравитационный этап сжатия вещества до перехода к термодинамическому этапу (газовое или газо-плазменное состояние).
3. Термоядерный взрыв звезды.
   Этапы эволюции ядерных звезд:

1. До начала сжатия первичного звездного вещества (газовое состояние).
2.   Гравитационный этап сжатия вещества до перехода к термодинамическому этапу (газовое или газо-плазменное состояние).
3. Возникновение в звезде ее ядра на термодинамическом эволюционном этапе (плазменно-газовая эволюционная структура).
4. Переход к термоядерному эволюционному этапу.
5. Термоядерный этап (плазменно-ядерная эволюционная структура).
6. Преобразование в ядерную звезду (ядерно-плазменная структура).
7. Эволюция в состоянии белого или красного карлика (плазменно-ядерная структура).
8. Завершение данной эволюции. Состояние черного карлика (звездно-ядерная твердая структура, заключенная в оболочку, представленная газообразным или твердым веществом).
   2. Этапы эволюции звездного вещества.
   2.1. Стартовый этап.
         В результате большого взрыва образовалась та вселенная, в которой обитает человечество. Этот взрыв породил первичные структурные образования вселенной – ядра галактик (квазары). Из-за высокого энергетического возбуждения квазары непрерывно выбрасывают в окружающее космическое пространство преимущественно водород с высокой кинетической энергией. Также происходит выброс ядер и других химических элементов, гелия, лития и т.д., но в небольшом количестве.       Выбрасываемые с поверхности энергетически перевозбужденных ядер галактик микрочастицы, преимущественно это протоны и атомы гелия, обладают большой кинетической энергией, т.е. являются частицами высоких энергий. Образно эти частицы испаряются с поверхности ядер галактик.  В результате этого процесса ядра галактик постепенно остывают, но потенциально обладая гигантской внутренней энергией, процесс остывания ядер галактик занимает весьма большое время, а именно, десятки миллиардов лет. Поскольку, выбрасываемые частицы обладают высокой кинетической энергией, первичная межгалактическая среда представлена ионизированным водородно-гелиевым газом. Для того чтобы запустился процесс звездообразования необходимо чтобы температура первоначального межгалактического газа снизилась до температуры образования электрических нейтральных атомов водорода и гелия. Процесс остывания происходит за счет взаимодействия микрочастиц с космическим магнитным полем, в результате чего возникает синхротронный эффект, и за счет столкновения микрочастиц между собой. В обоих приведенных процессах кинетическая энергия микрочастиц преобразуется в энергию фотонного излучения.
   

        После возникновения электрически нейтральных атомов химических элементов в дальнейшем процесс остывания межгалактического вещества происходит за счет столкновения атомов химических элементов. И только после остывания первичного межгалактического вещества в галактиках запускается процесс первичного звездообразования, причём на периферии галактик(это первичные кольцевые галактики).
         Рассмотрим состояние химических веществ в условиях космического пространства. Особенностью существования веществ  являются:
   - условия сверхвысокой разрежённости,
   - сверхнизкие температуры, т.е. близкие к абсолютному нулю, характерные для космического пространства.
        Особенностью этих условий является то, что вещества не могут находиться в жидком состоянии. В таких условиях практически все химические вещества находятся либо в твердом, либо в газообразном состояние. При конденсации химических веществ, при сверхнизких температурах они способны конденсироваться только в твердые микропылинки, т.к. почти у всех веществ, за исключением гелия их фазовое состояние в космосе находится при температуре ниже их точек затвердевания и замерзания. К этим веществам, в частности, относится вода.
        Но для химических веществ в условиях сильно разряженного пространства действует также эффект сублимации (испарение твердых веществ). Именно из-за действия приведенных эффектов, химические вещества в космическом пространстве существуют либо в твердом состоянии, либо в газообразном. Если эффект сублимации преобладает над эффектом конденсации, то соответствующее химическое вещество находится в газообразном состоянии и наоборот, если эффект конденсации преобладает над эффектом сублимации, то в космосе химическое вещество существует в виде твердых микро пылинок. Для сложных и тяжелых химических веществ эффект конденсации преобладает над эффектом сублимации, поэтому эти вещества в космическом пространстве существуют в виде твердых пылинок. В частности это микрокристаллики льда.
       Для некоторых простых и легких химических элементов эффект сублимации преобладает над эффектом конденсации, поэтому такие вещества в космических условиях  могут находиться в газообразном состоянии. К таким веществам, в частности, относятся водород и гелий. Минимальная температура космических объектов в первом приближении, за исключением некоторых частных случаев, является температура равная 2.4 градуса Кельвина (статья 1 «Фундаментальная основа строения Вселенной», строка 10).
       Поскольку масса конкретного водородного облака протогенитора галактики постоянно растет за счет его непрерывной подпитки веществом, выделяемым из ядра галактики, то при некоторой совокупной массе газового облака, наступает момент, когда тепловое расширение облака прекращается из-за того, что вещество облака охладилось и расширение,  в конечном счете, уравновешивается силой гравитационного сжатия вещества газового облака и оно переходит в состояние термодинамического равновесия. Определим макроскопическое состояние газового облака, при которых оно переходит в состояние термодинамического равновесия.
        Для анализа состояния звезд на первом этапе необходимо получить уравнение, связывающее следующие макроскопические параметры звезд (масса, радиус, давление) с самых общих физико-математических позиций. Для этого зададим: плотность вещества звезд с глубиной погружения в их недра определяется следующим произвольным степенным законом:
                           (1)
   Где:    ρ     - плотность вещества,
                  - плотность вещества в центре звезды,
               R  - радиус звезды,
               r  - произвольный внутренний радиус звезды.
       При  n = 0 плотность вещества в звездах не зависит от глубины погружения, т.е. является константой. Выполним анализ состояния газовых облаков для  n = 0 .
          Получим уравнение стационарного состояния для газовых облаков на базе уравнения Клайперона и закона гравитации. Представим космический объект сферической формы, находящийся в стационарном состоянии, представленный газообразным веществом, которое состоит из молекул газа массой  m . Определим величину давления  и плотности вещества внутри космического облака, приняв, что они уравновешены внутренним давлением, определяемым температурным состоянием вещества космического объекта.
        Гравитационные силы, действующие на точечную массу, определяются выражением (статья 3 «Фундаментальная теория темной материи», строка 10):                                          
   F =2πGρrm                       (2)
   Где     G   - гравитационная константа,
              ρ  - средняя плотность вещества космического объекта,
              r  - расстояние между точкой центра массы космического объекта и микрочастицей,
             m  - масса микрочастицы.       
      Дифференциальная масса вещества в произвольном сферическом слое через среднюю плотность определяется выражением:
           (3)
       Гравитационные силы, действующие на гравитационную массу, определяются выражением:
           (4)
       Давление вещества в дифференциальной форме запишется в следующем виде:
          (5)
   Где:    s   - площадь поверхности, на которую действует сила.
      Проинтегрируем полученное уравнение в пределах от r  до R:
              (6)   
   Где:  R   - радиус космического объекта.
      Получим величину среднего давления, сжимающего вещество облака (рис.1)
   
   Рис.1
   Где:        - максимальное давление,
                - среднее давление.
       Перепишем формулу для величины давления следующим образом:
               (7)
            (8)
              (9)
   Где: М – масса космического объекта.
        Получим уравнения, связывающие макроскопические параметры звезд для   n>0.
        Давление, действующее на вещество, определяется следующим выражением:
              (10)
          Сила, действующая на вещество в дифференциальной форме, запишется в следующем виде:
              (11)
   Где:     M(r)    - масса вещества, заключенного в сферическом объёме радиуса   r ;
               dm(r)  - дифференциальная масса вещества, находящегося на расстоянии r от ЦМ объекта.
            (12)
              (13)
             (14)
              (15)
             (16)
            Получим выражение для массы звездного вещества, заключенного в сферическом объёме радиуса  r :
              (17)
      Проинтегрируем уравнение:
               (18)
       Определим величину      . Для этого переменной   r    присвоим значение величины  R:
                  (19)
                        (20)
       Получим выражение для давления, сжимающего вещество звезд с глубиной погружения в их недра:
               (21)
               (22)
        Проинтегрируем уравнение:
          (23)
        Подставим значение      в результирующее уравнение:
         (24)
       Получим величину давления в точке ЦМ звезд:
              (25)
       Обратим внимание на следующее весьма важное обстоятельство. Для произвольных звезд плотность их вещества, в точке ЦМ в зависимости от закона изменения плотности от радиуса звезды, но даже если   n  изменяется от единицы до бесконечности, плотность изменяется в следующих пределах:
                (26)
         Параметр   ρ     изменяется максимум в 4 раза.
        Давление в точке центра массы звезд изменяется в следующих максимальных пределах:
               (27)
         Параметр      изменяется не более чем в 7 раз.
         Вклад в величину давления и плотности вещества в точке центра массы звезд вносят:
   - числовые коэффициенты, зависящие от  n;
   - переменные  
          Параметры звезд в целом изменяются в следующих пределах:
   
                                     (28)
   
   Где:     -    масса и радиус Солнца.
       Отсюда следует параметр    , изменяется в следующих пределах:
              (29)
      Параметр           изменяется в  пределах:
            (30)
       Таким образом, параметры:
   -        изменяется в 2.7∙  раз;
   -        изменяется в 1.8∙  раз.
        Отсюда следует, числовые параметры вносят в изменение плотности и давления звезд   несоизмеримо меньшие вклады по сравнению с параметрами   .
       Таким образом, в пределах записанных изменений числовых параметров, без всякого умаления общности, для анализа физического состояния звезд можно произвольно использовать формулы 7 и 9 .
      Запишем уравнение Клайперона:
            (31)
                     (32)
             (33)
     Где:   P    - давление,
               n    - удельная концентрация микрочастиц,
               k   - постоянная Больцмана,
              T   - средняя температура вещества облака,
              V  - объём облака.
        Приравняем значение давлений. Для анализа состояния газового облака воспользуемся  формулой 9 :
             (34)
      В полученное  уравнение входит параметр  N  , определяющий количество микрочастиц в облаке:
             (35)
            (36)
     Где:  M – масса облака,
              m  - масса микрочастиц, из которых состоит облако.
         Обратим внимание, в поученном уравнении радиус гравитационного объекта и температура его вещества связаны между собой обратно пропорциональной зависимостью. Такое физическое состояние называется состоянием объекта с отрицательной теплоемкостью.
       Полученное уравнение определяет стационарное состояние газового облака, а именно, если температура вещества представляющего облака не изменяется, то оно будет находиться в этом состоянии неограниченно долгое время.  Таким образом, если гравитационно - связанное газовое облако теплоизолированно от окружающей среды, то оно будет находиться в стационарном состоянии неограниченно долгое время, с неизменными макроскопическими параметрами, характеризующими состояние облака по той причине, что давление гравитационного сжатия в таком облаке точно равно внутреннему давлению газа, обусловленного температурной энергией молекул газа, из которого состоит данное облако. При этом не обязательно облако теплоизолировать. Достаточно чтобы его внутренняя температура была равна температуре внешней среды и облако никогда не сожмется в компактный газовый объект. Например, такая ситуация возникает, если газовое облако находится между звездами или плотным скоплением галактик, которые поддерживают температуру вещества газового облака неизменной, причем, вещество таких газовых облаков может оказаться разогретым до весьма высоких температур
        Но если температура вещества газового облака окажется выше температуры окружающей среды, то облако переходит в динамичное состояние, которое заключается в следующем. Поскольку температура вещества газового облака выше температуры окружающей среды, то оно остывает за счет излучения лучистой энергии в окружающее космическое пространство. Это приводит к снижению внутреннего теплового давления, которое компенсирует гравитационное сжатие газового облака, что нарушает баланс давления. Гравитационное давление начинает превышать величину внутреннего теплового давления в облаке. Запускается процесс гравитационного сжатия облака, который обеспечивает действие обратного процесса, а именно, осуществляет нагрев вещества газового облака. Совместные действия этих процессов обеспечивают постоянное сжатие вещества газового облака с одновременным излучением энергии из облака в окружающее космическое пространство, сопровождаемое непрерывным ростом средней температуры его вещества. В этом процессе в соответствии с теоремой вириала, половина энергии идет на нагрев вещества газового облака, а половина излучается в окружающее космическое пространство. Образно, гравитационные силы, сжимающие вещество облака, выдавливают из него электромагнитную энергию в окружающее космическое пространство, уменьшая его объём. Причем, если процесс гравитационного сжатия газового облака запустился, то он является уже не обратимым. Отсюда вытекает интересное следствие. В эволюционной истории звезды ее радиус монотонно уменьшается. Отсюда следует, если звезда обладает моментом импульса, то при монотонном уменьшении ее радиуса, вещество, находящееся в экваториальном поясе звезды по угловой скорости будет вращаться быстрей, чем вещество, находящееся в приполярных районах звезды.
        Примем, в исходном состоянии газ в космическом пространстве представлен в виде галактического сферического объекта, плотность которого максимальна вблизи точки центра массы и по мере удаления от этой точки, плотность газа постепенно стремиться к нулю. Также примем, что вещество газового облака представлено молекулярным водородом и в целом облако обладает некоторым моментом импульса с начальной температурой газа равной 2.4 градусам Кельвина. Из-за наличия момента импульса после завершения процесса теплового расширения начнется процесс гравитационного сжатия газа в галактике вдоль оси вращения газовой сфера, которая будет сплющиваться, и при этом стремиться преобразоваться в эллипсоид вращения. Процесс сжатия приведет к некоторому повышению температуры газа, которая повысилась, допустим, до 3 градусов Кельвина. В исходном состоянии газ облака был в равновесном температурном состоянии с окружающей средой. Теперь температура газа стала выше температуры окружающей среды. Начнется процесс излучения тепловой энергии из газового облака. Начиная с этого момента, газовое облако перейдет в неустойчивое термодинамическое состояние сжатия. Поскольку плотность газа в различных объёмах облака вдоль радиуса отличается, начнется процесс внутренней фрагментации газа на отдельные локальные газовые облака, в которых процесс сжатия будет происходить уже самостоятельно, т.е. независимо от общего процесса сжатия исходного сферического газа галактического космического объекта.
        В процессе эволюции температурные изменения параметров состояния газового облака могут происходить  в направление перехода в неустойчивое состояние из-за пересечения облаками: 

• галактической плоскости,
• спиралевидных рукавов,
  - столкновения облаков;
  - воздействия на облака ударных волн при взрывах звезд и т.д.
        Локальное базовое облако может быть:
  - неактивным,
  - активным.
       Неактивное облако - это такое, в котором плотность вещества настолько мала, что отсутствуют столкновения молекул газа, т.е. длина свободного пробега молекул равна размеру облака или столкновение между молекулами носит упругий характер.
        Сформулируем начальные необходимые условия для запуска процесса сжатия газового облака  в будущую звезду.
     Процесс излучения энергии в заметном количестве из внутренних объёмов облака будет происходить только в том случае, если:
      1. Молекулы газа внутри облака должны сталкиваться и количество таких столкновений должно быть достаточно большим. Для этого плотность вещества в газовом облаке должна быть такой, чтобы длина свободного пробега молекул была, по крайней мере, на порядок меньше размера облака.
      2. Температура вещества облака должна быть выше температуры окружающей среды.
      3. Столкновение между молекулами должно носить не упругий характер. Это необходимо для того, чтобы при столкновении рождались фотоны. Только в этом случае у молекул будет уменьшаться их тепловая кинетическая энергия. Это обеспечит снижение внутреннего теплового давления газа. При упругом столкновении молекул их кинетическая энергия не изменяется, и облако будет находиться в стационарном состоянии неограниченно долгое время.
        Рассмотрим, что происходит при механическом столкновении атомов и молекул, далее, атомов.  Пусть некоторый газ представлен атомарным веществом. Атомы хаотично движутся за счет их кинетической энергии, которая определяется величиной той температуры, до которой нагрето газообразное вещество. Примем, объём пространства занимаемый газом, не изменяется. При нагреве газа из-за роста кинетической энергии атомов они начнут между собой сталкиваться с такой силой, что будут выбивать друг у друга электроны, вращающиеся по  орбитальным атомным орбитам. Скорость столкновения атомов становиться настолько высокая, что сталкиваются уже и электроны и выбивают друг друга из электронной оболочки атомов своими электростатическими силами. Такой процесс называется ионизацией атомов. При росте температуры постепенно вещество окажется в стопроцентно ионизированном состоянии, т.е. будет представлена свободными электронами и ядрами атомов. При стопроцентной ионизации сталкиваться между собой будут уже не атомы, а электроны и ядра атомов. Такое состояние вещества называется плазменным.
       При дальнейшем росте температуры наступит момент, когда энергия столкновения ядер атомов достигнет такой величины, что ядра начнут разрушаться, раскалываться в процессе их хаотичных столкновений. В конечном счете, вещество окажется, представлена смесью электронов и протонов. При столкновении протонов будут рождаться, и исчезать всевозможные частицы больших масс, аналогичных тех, которые рождаются на ускорителях элементарных частиц, представленных всевозможными комбинациями кварков и электронов.
         Здесь необходимо отметить, что с ростом кинетической энергии микрочастиц, их скорости достигнут таких величин, когда начинают действовать релятивистские эффекты, а именно, начнет расти индивидуальная масса микрочастиц, если скорости и их движения приблизятся к скорости света. В данном случае рассматривается не этот вопрос, а какие конкретные процессы сопровождают механические столкновения микрочастиц между собой. Рассмотрение начнем с процессов столкновения атомных микрочастиц.
        При нахождении вещества в газообразном состоянии происходит хаотичное упругое столкновение между молекулами или атомами. Но почему атомы работают как пружины?  Ответим на этот вопрос.
        Рассмотрим атом водорода. В своем естественном, энергетически нейтральном состоянии свободный атом водорода обладает нулевой потенциальной энергией. Из этого состояния никаким способом невозможно получение избыточной кинетической энергии. В таком состоянии электрон вращается вокруг ядра на «К-той» орбите с орбитальным моментом импульса равным  ћ. Это стационарное состояние атома водорода.
        Воздействуем на электрон внешним фотоном. При достаточной энергии фотона он переведет электрон на более удаленную от ядра орбиту за счет передачи ему соответствующего момента импульса. Такая передача осуществляется за счет кольцевого электрического поля фотона. Таким образом, энергия фотона будет поглощена электроном. Атом водорода перейдет в отрицательно потенциальное энергетическое состояние, т.к. на перевод в это состояние была затрачена внешняя энергия. В этом состоянии, объём пространства, занимаемый атомом, увеличивается. При достаточной энергии внешнего фотона электрон может вообще покинуть ядро, и мы получим ионизированный атом водорода, т.е. свободный протон и свободный электрон.
       Теперь предоставим электрону и протону свободу их взаимодействий своими электрическими силами. На рисунке 2 представлен график сил, которыми взаимодействуют ядро и электрон атома водорода.
  
  
  
  

Рис.2

При  r ® ¥  сила взаимодействия стремится к нулю. При   r ® 0  сила взаимодействия возрастает за счет кулоновской силы. Если бы электрон не был квантовой частицей, то он просто упал бы на ядро. Но, в силу квантовой специфики, при падении электрона на ядро у электрона ступенчато появляется орбитальный момент импульса. Рассмотрим вопрос взаимодействия электрона с электрическим полем  электрически заряженных частиц. При движении электрона в условиях отсутствия внешнего силового поля, т.е. по инерции, он движется по прямой линии, при этом себя не обнаруживает. Аналогичная ситуация, если электрон движется в ускоряющем электрическом поле, направление которого совпадает с направлением движения электрона (линейный ускоритель). Принципиально другая ситуация возникает, если электрон движется по криволинейной траектории (циклотронные ускорители). Здесь на электрон действует дополнительная сила, направленная перпендикулярно к траектории главного движения электрона. За счет этого происходит искривление траектории. Это приводит к тому, что в отличие от движения макрообъектов к продольному движению у электрона добавляются его поперечные хаотичные квантовые скачки, направленные перпендикулярно к траектории его продольного движения. Таким образом, траектория движения электрона существенно усложняется, т.к. он одновременно начинает перемещаться вдоль и поперек своего движения. Поперечные квантовые скачки электрона происходят с различной амплитудой, с некоторой средней вероятностной ее величиной. Итак, результирующее перемещение электрона представляют собой не линию, а пространственную цилиндрическую, а точнее, эллиптическую трубку, т.к. излучаемые электроном фотоны поляризованы, во внутренних точках которой с некоторой вероятностью можно обнаружить электрон. За пределами трубки вероятность обнаружения электрона равна нулю. При каждом поперечном скачке электрон излучает фотон в направлении своего движения. Это называется синхротронным излучением. Энергия излучаемых фотонов определяется величиной амплитуды очередного поперечного квантового скачка электрона. Величина средней вероятности амплитуды поперечных скачков электрона пропорциональна четвертой степени его кинетической энергии и обратно пропорциональна квадрату радиуса кривизны траектории движения электрона, и кубу его массы.

Рассмотрим взаимодействие электрона с электрически положительно заряженным протоном, когда электрон падает на протон. Примем в качестве исходного состояния: протон и электрон находятся в неподвижном состоянии. При начале падения электрон начинает свое ускоренное движение в направлении центра тяжести протона по прямой линии. Фотонное излучение у электрона отсутствует. По мере приближения электрона к ядру, он попадает в область пространства в окрестностях протона, где возникает вероятность перемещения электрона по орбитальной траектории вокруг протона. Здесь электрон переходит в резонансное взаимодействие с электрическим полем протона, которое заключается в том, что падение электрона на протон продолжается под действием продольного движения электрона и дополнительно за счет его поперечных квантовых скачков. Однако квантовые скачки происходят с амплитудой не произвольной величины, как при синхрофазотронном излучении, а строго кратной длине соответствующей орбиты протона. По мере приближения электрона к протону, преимущественным его перемещением, постепенно становится поперечным перед продольным. Последним этапом движения электрона является орбита ближайшая к протону, на которой амплитуда поперечного скачка электрона становиться равной точно длине К-той электронной орбиты протона, на которой он вращается. Таким образом, электрон попадает на стационарную орбиту вращения вокруг протона без излучения фотонов во внешнюю среду.

Следовательно, при приближении к ядру электрон последовательно может попадать на орбиты Хамфри, Пфунда, Брикета, Пашена, Больмера, Лаймена (r_n) водорода. Орбита Лаймана – это и есть k-тая» орбита. Радиус этой орбиты равен  r_k. Эта орбита принципиально отличается от других. На ней сила электростатического притяжения становится точно равной силе центробежного отталкивания, и, таким образом, электрон оказывается в уравновешенном, стационарном состоянии относительно ядра атома с моментом импульса, равным  ћ. Энергетические состояния электрона приведены на рис. 3.

Как мы видим, отрицательная энергия электрона от величины  – W_¥  при больших значениях r, в точке r_k становится равной нулю. Ну а что же произойдет с электроном левее точки  r_k?

Кулоновская сила не исчезает, она продолжает действовать в соответствии с законом Кулона. Эта сила определяется формулой:

                 (37)

Где:  e  - электрический заряд электрона,

          - электрическая константа,

        r - радиус орбиты вращения электрона.

       Потенциальная энергия кулоновского взаимодействия определяется формулой:

            (38)

Рис. 3

     Сила кулоновского взаимодействия обратно пропорциональна квадрату радиуса атома, но точка  r_k является переломной. Если справа от r_k кулоновская сила превосходила центробежную, то слева от точки  r_k  принципиально иная ситуация. Рассмотрение начнем с того, что в точке  r_k  центробежная сила сравнялась по величине с кулоновской. Слева же от точки  r_k   сила центробежного отталкивания начинает превосходить кулоновскую.  Сила центробежного отталкивания определяется формулой:

 ;       ;                     (39)

Где:    – центробежная сила,

            - квантовая центробежная сила,

            - масса электрона,

          V  - орбитальная скорость движения электрона,

          - постоянная Планка-Дирака.

       На рис.2 участок графика левее точки   .

      Превосходство квантовой центробежной силы над кулоновской является следствием того, что сила центробежного отталкивания обратно пропорциональна не квадрату радиуса, как кулоновская сила, а кубу(!) радиуса атома. Таким образом, если уменьшать объем атома путем сжатия того вещества, в состав которого входят атомы водорода, то внутренняя потенциальная энергия атома будет в решающей степени определяться именно центробежной силой отталкивания, действующей на вращающийся по орбите электрон. Таким образом, при сжатии вещества электрон ему сопротивляется увеличением орбитальной скорости своего вращения вокруг атомного ядра.

      Энергия сжатия атома определяется формулой:

                     (40)

Именно этот процесс мы наблюдаем на графике, представленном на рис.3 левее точки  r_k. Таким образом, увеличение объема атома через его внешнее энергетическое возбуждение, уменьшает его потенциальную энергию (увеличивает потенциальную энергию по абсолютной величине). Уменьшение объема через сжатие атома, приводят к накоплению внутренней потенциальной энергии атома, а, следовательно, и того вещества в целом, в состав которого входит энергетически измененный атом. Следовательно, в частности, уменьшение объема водородного вещества от его объема с нулевым потенциальным энергетическим состоянием приводит к накоплению энергии в водородном веществе, т.е. к аккумулированию энергии.

Вернемся к нашему графику, изображенному на рис. 3. На всей длине графика при    происходит рост кинетической энергии.

Потенциальная энергия представлена тремя принципиально различными участками:

1) участок правее точки  r_k  – потенциальная энергия определяется действием кулоновской силы;

2) участок от  r_k  до  r_c – потенциальная энергия определяется действием центробежной силы гравитационной массы электрона, движущегося со скоростью меньше скорости света;

3) участок  < r_c  – потенциальная энергия определяется:

– действием центробежной силы, связанной с ростом релятивистcкой массы электрона, а не с ростом скорости его движения;

– растет внутренняя потенциальная энергия электрона, определяемая ростом его  релятивистской массы.

      Мы получили интереснейший результат: при постепенном сжатии вещества, начиная с некоторого момента, начинает расти масса этого вещества в целом. Иными словами, энергия внешнего давления непосредственно преобразуется в массу сжимаемого вещества.

       При тепловом столкновении атомов происходит переход кинетической энергии их движения во внутреннюю потенциальную энергию атомов, от которой атомы стремятся избавиться через последующее отталкивание друг от друга.

      Атомы окружены электронной оболочкой, представленной электронами, которые вращаются вокруг атомного ядра с огромной угловой скоростью. При столкновении атомов электроны, вращающие по внешним орбитам, своими электрическими силами отталкиваются друг от друга таким образом, что стремятся приблизиться к ядрам. Из-за высокой угловой скорости их орбитального вращения фактически они переходят на вращение по орбитам, радиус которых меньше радиусов исходных орбит  вращения электронов, т.е. тех орбит, по которым электроны вращались до столкновения атомов. Таким образом, при столкновении атомов, кинетическая энергия их движения переходит во  внутреннюю потенциальную за счет уменьшения тех объёмов атомов, которые они имели до их столкновения.

       При столкновении физических объектов в классической физике различают упругое и неупругое столкновение, когда при столкновении часть кинетической энергии переходит во внутреннюю тепловую, сталкивающихся объектов.

     Аналогично при столкновении атомов. После столкновения при любом его типе атомы полностью восстанавливают свои исходные размеры. Но, если при упругом столкновении сила отталкивания, действующая при столкновении атомов, точно равна силам, действующих при разлете атомов, то скорость движения атомов  по абсолютной величине не изменяется. Скорость движения атомов до столкновения точно равна скоростям их движения до столкновения.

          Принципиально иная ситуация возникает при не упругом столкновении атомов. Сила отталкивания между атомами до их остановки превосходит те силы, которые действуют между атомами при их разлете. Это приводит к уменьшению скорости движения атомов при их столкновении. Излишек  энергии излучается внешними электронами при их возврате на стационарные орбиты их вращения вокруг ядер атомов в виде фотонной энергии.

    Обратная ситуация возникает, если сталкивавшиеся атомы облучаются внешними фотонами. Если во время столкновения атомы поглощают внешний фотон, сила отталкивания между атомами при их взаимном торможении, оказывается меньше тех сил, когда наступает этап разлета атомов. Это приводит к тому, что скорость движения атомов по абсолютной величине после окончания этапа столкновения начинает превосходить их скорости до столкновения.

      Практически при каждом столкновении атомов происходит либо излучение, либо поглощение ими  фотонов соответствующих энергий. Поскольку столкновение атомов происходит не только «лоб в лоб», но и по касательным, т.е. когда углы отклонения их скорости от начального направления их движения меньше 180 градусов. По этой причине, излучение фотонов атомами происходит в весьма широком диапазоне энергии при максимальной величине энергии фотонов, когда столкновение атомов происходит «лоб в лоб». На этом спектр энергий фотонов, излучаемых веществом, обрывается.

      При столкновении атомов при такой температуре вещества, когда происходит их ионизация, такое столкновение происходит следующим образом. В первую очередь сталкиваются электроны, вращающиеся по внешним атомным орбитам. При этом столкновение происходит при пространственной локализации электронов вне зависимости от того, смотрит на них кто-то или нет. Именно эффект локализации приводит  к выбиванию электронов с их стационарных атомных орбит, что и приводит сталкивающиеся атомы в ионизированное состояние. Таким образом, возможность столкновения квантовых частиц является следствием действия эффекта пространственной локализации любых квантовых частиц. В противном случае, механическое взаимодействие между квантовыми микрочастицами было бы не возможно. Отсюда следует, квантовая микрочастица является нелокализованной до тех пор, пока она не столкнется с другой квантовой микрочастицей. При столкновении микрочастицы на короткое время переходят в корпускулярное состояние, их столкновение носит классический характер. После столкновения микрочастицы снова переходят в квантовое состояние, но у них изменяются квантовые параметры микрочастиц.

     Фотоны не способны механически взаимодействовать между собой не потому, что у них спин равен единице, а потому, что их структура такова, что она не позволяет фотонам преобразовываться в такие корпускулярные микрочастицы, в которые способны преобразовываться, например, электроны. Фотоны способны только квантоваться. Взаимодействие фотонов с истинно квантовыми корпускулярными частицами происходит за счет не корпускулярных, а полевых электромагнитных эффектов, которыми обладают фотоны. Тем не менее, при этих взаимодействиях свойство фотонов приобретает корпускулярный характер.

       Вывод:  свободные стабильные атомы химических элементов находятся на низшем нулевом потенциальном энергетическом уровне, занимая конкретный обьем пространства. При этом состоянии из атома невозможно извлечь энергию из принципа. Как увеличение, так и уменьшение обьема пространства, занимаемого атомами, переводят их в энергетически возбужденные состояния, из которых они стремятся перейти в свое нулевое, потенциально-энергетическое состояние, передавая излишки своей энергии окружающему пространству. В низшем энергетическом состоянии физические силы, действующие в атомах, средне статистически уравновешены. Атомы находятся в стационарном состоянии. При увеличении обьема атомов, преобладающими становятся силы притяжения, а при уменьшении – становятся силы отталкивания.

      Аналогичная ситуация наблюдается и для атомных ядер, которые представлены многослойными кварковыми конструкциями, вложенными одна в другую (статья «6. Концепция кварковой структуры атомного ядра»). Для стабильных ядер существует обьем пространства, при котором их потенциальная энергия равна нулю. как увеличение обьема пространства, занимаемого ядром, например, за счет поглощения фотона или нейтрона, так и уменьшение обьема ядер, которое возникает при их столкновении  с другими ядрами, переводят ядра в энергетически возбужденные состояния. От избыточного количества энергии ядра стремятся избавиться через переход в состояние с нулевым количеством потенциальной энергии, передавая избыточную энергию окружающему пространству.

      Вернемся к газовому облаку. Если исходные условия оказались приемлемые для начала процесса сжатия газового облака, то такой процесс запускается. Средняя температура вещества газового облака на всем его эволюционном этапе будет возрастать с одновременным уменьшением размера облака.

     Рассмотрим условия, при которых гипотетически облако могло бы не уменьшаться, а увеличивать свой объём, исходя из его макроскопических параметров.

      Для этого облако должно:

- быть изолировано от окружающей среды,

- понижать свою среднюю температуру вещества таким образом, чтобы оно при этом

   увеличивало свой размер, т.е. внутренняя тепловая энергия облака должна перейти в

   потенциальную через увеличение того объёма, которое оно занимает в космическом

   пространстве.

    Ни одно из этих условий не может быть в принципе выполнено на практике. Вот почему в процессе эволюции средняя температура звездного вещества монотонно растет, а объём пространства, занимаемого этим веществом, соответственно неуклонно уменьшается.

      Определим стационарное состояние  газовых облаков при температуре 2.4 градуса Кельвина представленных молекулярным водородом. Масса облаков  изменяется в следующих пределах:

        (41)

     Масса:

          (42)

       (43)

               (44)

     Масса:

      (45)

    
            (46)

       Определим величину массы рождаемых звезд, как функцию исходной температуры вещества газовых облаков и их плотности (36):

         (47)

     Подставим выражение для   R    в формулу для массы облака  M :

          (48)

     Как видно из полученного результата, с ростом температуры вещества газового облака, масса вещества, из которого рождаются звезды, должна также возрастать при неизменной плотности вещества газового облака. В целом, масса рождающихся звезд, прямо  пропорциональна температуре и обратно пропорциональна исходной плотности вещества газового облака.

    Определим, при какой плотности водородного вещества процесс звёздообразования уже не может происходить. Примем за пороговый процесс звездного образования такое соотношение между длиной свободного пробега молекул и радиусом газового облака, когда длина свободного пробега в 1000 раз меньше радиуса облака:

           (49)

         (50)

Где:     l  - длина свободного пробега молекул,

            d  - эффективный диаметр молекул,

            n  - концентрация молекул.

         (51)

            (52)

             (53)

           (54)

         (55)

            (56)

      Полученное уравнение определяет пороговую плотность водородного молекулярного облака, при котором возможен запуск процесса звездного образования. При меньших плотностях запуск этого процесса оказывается  настолько неэффективным, что он практически не запускается:

        (57)

   Эта плотность соответствует плотности вещества на видимых окраинах галактик. Масса вещества облака равна следующей величине:

         (58)

      При исходной температуре вещества газового облака равной 3 градусам Кельвина это значение массы является предельной для звезд в случае, если в процессе последующей эволюции, их масса не увеличивается за счет гравитационного втягивания вещества из окружающего космического пространства, например, через гравитационное объединение нескольких газовых облаков в одно облако. Для сравнения, в галактиках плотность вещества в центральных объёмах находиться в пределах от    ,  

а на видимой их окраине уменьшается до величины  до         .

     Радиус газового облака равен следующей величине:

        (59)

       Приведем базовые макроскопические параметры галактики Млечный Путь.

1. Общая масса вещества, представляющего галактику, оценивается следующей величиной:
            (60)
       Примем, что масса вещества галактики равна
2. Число звезд в галактике находится в пределах:
             (61)
        Примем, это число равно  .
3. Средний радиус галактики примем равным
        Отсюда, средняя плотность галактического вещества равна следующей величине:
            (62)
        Если принять, что макроскопические параметры галактики Млечный Путь при ее рождении соответствовали современным, то необходимо сделать следующий вывод (без учета изменений величины плотности вещества вдоль радиуса галактики): на первом этапе рождения звезд в галактике Млечный Путь могли образовываться преимущественно сверхмассивные звезды со средней массой  . Число первичных звезд в галактике было равно следующей величине:
            (63)
       Таким образом, первичных  звезд в галактике в отличие от современного их количества, было несколько миллиардов. Следовательно, первичных звезд в галактике было, примерно, в сто раз меньше, чем на современном этапе существования галактики Млечный Путь.
        Если же учитывать, что плотность изменения вещества в галактиках уменьшается, начиная от точки центра масс галактик к их периферии, то частота появления крупных звезд на окраинах галактик выше, чем в их центральных объёмах. Но эту закономерность на практике невозможно обнаружить по следующей причине. Время существования звезд во вселенной обратно пропорционально их массе. Из-за действия этого фактора в галактиках наблюдается избыточный процент именно мелких звезд относительно крупных во всем объёме любых галактик.
               В процессе гравитационного сжатия космическое газовое облако постепенно преобразуется в звезду, излучающую энергию, в том числе и как видимый свет. В процессе излучения энергии звезда теряет свою массу, но  одновременно ее поверхность бомбардируется всевозможными космическими объектами, что увеличивает массу звезды. Исходя из этих обстоятельств, примем,  в процессе эволюции звездного вещества его масса не изменяется.
          Из крупных газовых облаков образуются скопления звезд, звездные ассоциации. В дальнейшем, первичные звезды нагревают межзвездный газ и на этом процесс дальнейшего образования звезд заканчивается.
         При сжатии локального газового облака конфигурация результирующей гравитационной физической системы определяется величиной исходного суммарного момента импульса газового облака.
        Если момент импульса близок к нулю, то, в конечном счете, образуется единичная звезда.
        При некотором моменте импульса отличного от нуля, на завершающем этапе сжатия газового облака на его периферии, скорость вращения частиц достигает первой космической и вокруг звезды образуется плоский газовый диск, который, в конечном счете, преобразуется в одну или несколько газовых планет, вращающихся вокруг центральной звезды.
        При большом моменте импульса газового облака при его гравитационном сжатии, облако расплющивается в диск, и в результате из газового диска образуются либо две звезды, вращающиеся вокруг их общей точки ЦМ, или  три звезды, а именно, две звезды, вращающиеся вокруг третьей, которая находится вокруг точки ЦМ газового облака.
        После образования двойной звездной системы у звезд происходит постепенный рост температуры их поверхности, что сопровождается ростом мощности, излучаемой ими энергии. Поскольку звезды вращаются вокруг их общей точки центра массы (ЦМ), они обладают соответствующей линейной скоростью. За счет эффекта Доплера мощность энергии, излучаемая звездами по направлению их движения, превосходит ту мощность, которую звезды излучают  в противоположном направлении. Этот эффект оказывает тормозящее воздействие на орбитальное движение звезд, что приводит к постепенному сближению звезд, сопровождаемое ростом линейной орбитальной скорости их движения. Величина этой скорости может достичь релятивистских значений, что сопровождается ростом общей массы звезд. Процесс сближения звезд, занимает весьма длительное время. За это время у звезд может закончиться процесс выгорания в их недрах их ядерного топлива, и они могут превратиться в белых карликов. Это приводит к росту угловой осевой скорости вращения звезд. Таким образом, в момент столкновения звезд возникает сложная картина их взаимодействия, сопровождаемая мощным взрывом. В результате появляется сверхновая звезда с остаточной звездой в центре, в частности в виде пульсара.
   2.2. Гравитационный этап
         При анализе состояния газовых облаков необходимо различать три температуры состояния вещества, представляющего облака, это:
   - на поверхности,
   - средняя,
    - в центре.
        При первоначальном гравитационном сжатии отдельного самостоятельного гравитационно - связанного газового облака все величины перечисленных температур совпадают. При гравитационном сжатии облака происходит сгущение газа облака, т.е. повышение его плотности. На первом этапе сжатия прозрачность вещества облака такова, что фотоны, рождающиеся во внутренних объёмах облака, беспрепятственно покидают границы облака, представленные его внешней оболочкой. Именно по этой причине во всех объёмах облака вещество находится в состоянии примерно равных температур.
      По мере роста плотности вещества в соответствии с законом Бугера-Ламберта наступает момент, когда фотоны, рождающиеся во внутренних объёмах облака, не успев его покинуть, поглощаются веществом облака и переизлучаются в произвольном направлении. Траектория их движения из прямолинейной превращается в хаотичную. Беспрепятственно покидать облако могут только те фотоны, которые рождаются ближе к поверхности облака. По мере сгущения вещества облака та толщина верхнего слоя, сквозь которую фотоны способны покидать облако все время уменьшается. Таким образом, процесс перехвата фотонов веществом облака начинается с тех фотонов, которые рождаются в его центральном объёме или на периферии, но движутся в направлении центра облака. С момента начала процесса перехвата фотонов веществом облака, начинается и процесс различия величин температуры вещества облака следующим образом. Самой низкой температурой обладает вещество на поверхности облака, т.к. оно эффективнее охлаждается. Средняя температура превышает температуру поверхности облака. Самой большой величиной обладает температура вещества, находящегося в центральном объёме облака, т.к. здесь происходит наиболее эффективный процесс перехвата веществом облака тех фотонов, которые рождаются именно в центральном объёме облака, поскольку этот объём в свою очередь также перехватывает фотоны, образующиеся в тех периферийных объёмах облака, который окружает его центр.
         Рассмотрим эволюционный этап газового облака от момента его рождения до начала дифференциации температуры вещества вдоль радиуса облака. Граничная плотность вещества газового облака, при которой начинается процесс температурой дифференциации вещества, является плотность  . Начальным этапом образования любой звезды является первичное холодное, сильно разряженное газовое или газово-пылевое облако. Определим потенциальную энергию газового облака. Для этого представим, что шар радиуса  R   массой   M    состоит из  N   материальных точек (МТ)      массой m, которые равномерно распределены внутри объёма шара. Примем, что при изменении объёма шара распределение МТ внутри шара остаётся равномерным. Изменение потенциальной энергии МТ  происходит за счет изменение объёма шара. При этом изменение         происходит пропорционально изменению R.  
   где:     -  расстояние между конкретной МТ    и точкой центра тяжести (ЦТ) шара (Рис.4)
   
   Рис.4
       В дифференциальной форме сформулированное положение записано в следующем виде:
             (64)
   Где:         - потенциальная энергия шара,
             F     - гравитационная сила,
             R    - радиус шара.
            Гравитационная сила, действующая на одну из МТ, определяется выражением (статья 3 «Фундаментальная теория темной материи», строка 10):
             (65)
   Где:   G    - гравитационная константа,
              ρ   - плотность вещества шара.
        Принятые условия позволяют заменить распределённое состояние МТ шара на суммарную массу, которая находится на расстоянии от точки ЦМ равного среднему значению всех расстояний точек от точки ЦМ. Геометрические расчеты дают следующее решение среднего значения  :
                   (66)
       Запишем общее выражение для гравитационной силы:
           (67)
      Где:   ,
             M   - совокупная масса вещества, подставляющего шар материальных точек,
             V – обьем шара.
       Дифференциальное выражение для потенциальной энергии примет следующий вид (64):
                 (68)
      Проинтегрируем полученное уравнение
             (69)
      Примем, при R = ∞ ;  K = 0 . Абсолютная величина потенциальной энергии имеет следующее значение:  
            (70)
      На начальном этапе гравитационного сжатия газового облака  из-за высокой прозрачности его вещества оно не успевает нагреться до такой температуры, при которой внутреннее тепловое давление способно противодействовать внешнему гравитационному сжатию газового облака. Покажем это.
       Пусть светимость газового облака определяет средняя температура его вещества:
          (строка 36)           (71)
   Где:      -    коэффициент излучения,
               T  - средняя температура.
              (72)
       Потенциальная энергия, преобразующаяся в электромагнитное излучение, определяется следующим выражением (строка 70):
          (73)
     Продифференцируем выражение  по   R  :
          (74)
       Приравняем выражения для L (строки 72 и74):
         (75)
       Проинтегрируем полученное уравнение:
          (76)
        При:   t = 0
           (77)
      Где:       - начальный радиус газового облака.
          (78)
           (79)
           (80)
          Для случая, если    выражение для времени сжатия газового облака примет следующий вид:
           (81)
            (82)
             (83)
       Получим уравнение, определяющее процесс сугубо гравитационного сжатия вещества газового облака во времени:
           (84)
   Где:    m     - масса МТ (материальная точка), находящаяся на границе облака;
               a    - ускорение свободного падения МТ;
              G   - гравитационная постоянная;
              M   - масса облака;
               r  - расстояние от МТ до точки ЦМ (центр массы) облака.
             (85)
   Где:  t    - время.
       Введем следующую подстановку:         (86)
           (87)
   Где:    V    - скорость движения МТ.
      Проинтегрируем полученное уравнение:
           (88)
      Примем следующее исходное условие при     .  Отсюда:    (89)
     Где:      - начальный радиус облака.
             (90)
           (91)
     Введем следующую подстановку:         (92)
              (93)
       Проинтегрируем полученное уравнение:
         (94)
          (95)
         В результирующем уравнении      означает начальный радиус газового облака, но   
       r  - это не радиус, а путь (s) , проходимый МТ от начального расстояния равного       в направлении точки ЦМ облака. Поэтому перепишем результирующее уравнение в следующем виде:
           (96)
        Где:  s   - путь проходимый материальными точками, находящимися в оболочечной области газового облака в направлении точки ЦМ этого облака.
        Поэтому при гравитационном сжатии газового облака текущий его радиус определяется следующим выражением:
         (97)
            (98)
           (99)
       Где:  R  - текущий радиус сжимающегося газового облака.
         При       Отсюда:   .
          (100)
                         (строка 36)                                (101)
            (102)
           (103)
            (104)
       Определим кратность изменения размеров облаков в зависимости от их массы следующим образом. Начальный радиус газовых облаков определим по формуле 101:
                                      (105)
       Конечная средняя плотность вещества облаков равна       :     (106)
           (107)
            (108)
                                                               (109)
        Кратность уменьшения размера облака равна следующей величине (строки 105 и 109):
           (110)
       Подставим полученное значение кратности уменьшения размера газовых облаков в формулу 104, получим:
       (111)
      Поскольку      , отсюда получим:
           (112)
      Время сжатия газовых облаков в том случае, если их объём уменьшается сугубо под действием термодинамических процессов, получено в виде формулы 82:
            (113)
      Результаты вычисления сведены в таблицу № 1.
   Таблица №1

M  [кг]
[м]
[м]
n
[с]
[год]
[с]

       Как видно из полученного результата, с ростом массы газового облака для термодинамического варианта сжатия, время сжатия уменьшается, а для гравитационного варианта – возрастает. Причем время гравитационного сжатия превышает время термодинамического сжатия и изменяется от 100000 до 100 млн. лет для массивных облаков.

     Таким образом, второй эволюционный этап формирования звезд происходит сугубо под действием гравитационных сил притяжения, сжимающих вещество газовых облаков. Отсюда следует, время гравитационного сжатия облака определяется его массой, начальной средней температурой вещества, которые и определяют исходный радиус облака. На то облако и является газовым, что его состояние при гравитационном сжатии определяется не только приведёнными факторами, но дополнительно теми термодинамическими процессами, протекающими в веществе облака, которые приводят к нагреву вещества газового облака. Если бы облака не было гравитационно связанным объектом, то вещество облака за счет излучения избыточной энергии охладилось бы, и на этом термодинамические физические процессы, происходящие в облаке, остановились бы. Но при охлаждении вещества облака, согласно уравнению Клайперона, внутри облака уменьшается давление, и его сила перестает уравновешивать силу гравитации, сжимающего вещество облака.

       Таким образом, при охлаждении вещества облака запускается процесс его гравитационного сжатия, т.е. размер облака уменьшается. В исходном состоянии вещество облака обладало некоторой величиной потенциальной энергии. При сжатии облака происходит процесс уменьшения его потенциальной энергии. Исходя из закона сохранения энергии, она не может бесследно исчезнуть. Энергия преобразуется во внутреннюю тепловую энергию газового вещества. Это приводит к тому, что, несмотря на то, что вещество газового облака охлаждается, потенциальной энергии гравитационного сжатия вещества облака хватает на то, чтобы излучение избыточной энергии происходило при непрерывном росте средней температуры вещества газового облака. Иными словами, гравитационное сжатие вещества облака сопровождается его непрерывным нагревом, т.е. происходит непрерывное увеличение средней температуры, сопровождаемое увеличением температуры его поверхности с одновременным постепенным уменьшением его размеров.

    Таким образом, при гравитационном сжатии газового облака, в нем происходит следующий термодинамический гравитационный процесс. Потенциальная энергия сжатия нагревает вещество газового облака, которое в свою очередь излучает энергию в окружающее космическое пространство в соответствии с законом Стефана-Больцмана;

         (114)

Где:    L     - светимость облака,

            α   - коэффициент излучения,

            r   - радиус облака,

           T   - температура вещества облака.

   При нагреве вещества газового облака, согласно теореме вириала, половина потенциальной энергии теряется за счет энергии электромагнитного излучения (70):

         (115)

           (116)

Где:    M   - масса облака,

            t    - время.

    Продифференцируем  по   r   выражение 115 для энергии

         (117)

     В результате получим следующее дифференциальное уравнение (cтроки 114,116 и 117):

        (118)

     Скорость сжатия газового облака определяется следующим выражением (90):

          (119)

       При:   :

        (120)

     В полученное уравнение 117 подставим выражение для скорости и запишем результирующее выражение по абсолютной величине:

        (121)

   Отсюда получим уравнение определяющее рост средней температуры вещества газового облака при его гравитационном сжатии:

         (122)

                                          (123)

                               (124)

     Температура и радиус облаков связаны между собой соотношением близким  к обратно пропорциональной зависимости. Конечный радиус облаков определим по формуле:

 ;             (125)

Где:   

          (126)

    Определим величину температуры вещества газовых облаков, при которых заканчивается этап их гравитационного сжатия. Подставим 125 в 123.

          (127)

          (128)

      Данные расчетов приведены в таблице № 2.

Таблица 2

М   [кг]
[м]
К	240	420	770	1340	1800	2400

      Определим изменение размеров газовых облаков как функцию их температуры  по формуле 123 . Данные расчетов приведены в таблице № 3.

Таблица  3

М   [кг]	R\	3	30	200	500	800	1500	2000	2500
	[м]				-	-	-	-	-
	[м]					-	-	-	-
	[м]						-	-	-
	[м]							-	-
	[м]								-
	[м]

    В целом, на этапе гравитационного сжатия газовых облаков, их параметры изменяются в следующих пределах.

    Для облаков массой      кг:

         - радиус от   м  до    м ;  

         - температура возрастает до 420 градусов Кельвина;  

        - время сжатия 100 тыс. лет.

    Для облаков массой  кг :

         - радиус от    м     до   м;    

         - температура возрастает до 2400 градусов Кельвина (температура начала свечения

           звезд в  оптическом диапазоне);   

        - время сжатия 100 млн. лет.

      Для сравнения: современными астрономами обнаружены звезды гиганты, радиусы которых превышают 1000 радиусов Солнца.
Продолжение:

ч.2_7    http://gvaleriy.blogspot.ru/2016/01/27.html