Проблема формирования и эволюции звезд является ключевой проблемой для всей космогонии. Когда она бу­дет решена, откроется дорога к разрешению других важ­нейших проблем — формирования и эволюции системы планет, формирования и эволюции звездных систем.

Однако в настоящее время, несмотря на большие уси­лия, приложенные астрономами для решения этой про­блемы, несмотря на то, что эти усилия привели к значи­тельному прогрессу и некоторые варианты теории подроб­но разработаны и обоснованы, все-таки нельзя сказать, что проблема космогонии звезд разрешена.

Существуют две точки зрения на то, как произошли звезды. Каждая из этих точек зрения опирается на неко­торый круг наблюдательных фактов и теоретические рас­четы. С другой стороны, каждая из точек зрения испы­тывает трудности при объяснении некоторых других на­блюдательных данных. Мы не говорим, что гипотеза противоречит фактам, потому, что сами наблюдательные данные в рассматриваемом случае еще недостаточно на­дежны и могут оказаться неверными.

Обе гипотезы заслуживают усиленной и тщательной разработки. Лишь дальнейшие успехи в разработке тео­рии, накопление и уточнение наблюдательных данных по­кажут, какую из двух гипотез нужно утвердить.

Первая гипотеза основывается на предположении, что звезды формируются из газовой материи — той самой, которая ив настоящее время наблюдается в Га­лактике.

Предполагается, что газовая материя в тех местах, где ее масса и плотность достигают некоторой величины, на­чинает под действием своего собственного притяжения сжиматься и уплотняться, образуя сначала холодный га­зовый шар. В результате продолжающегося сжатия тем­пература газового шара начнет подниматься. Потенциаль­ная энергия частиц в поле притяжения газового шара при приближении к центру становится меньше, а это означа­ет, что часть потенциальной энергии переходит в тепло­вую энергию. Совершенно тот же переход энергии про­исходит, когда лежавший на краю пропасти камень, упав на ее дно, теряет часть потенциальной энергии в силовом поле земного притяжения, и приобретает тепловую энер­гию, разогревшись от удара о дно пропасти.

Когда газовый шар нагреется, он станет отдавать теп­ловую энергию через излучение с поверхностных слоев, которые вследствие этого будут охлаждаться и посредст­вом теплопроводности вызывать охлаждение более глубоких слоев. Поэтому если бы в газовом шаре, теперь уже звез­де, не появились новые источники энергии, то процесс сжатия, сопровождающийся излучением энергии, довольно быстро привел бы к исчерпанию энергии и угасанию звез­ды. Эволюция таких звезд, формирующихся из водорода, была бы очень простой. Однако процесс сжатия приводит к тому, что центральные области звезды разогреваются до очень высоких темпера­тур. Они расположены очень глубоко и почти не испыты­вают влияния охлаждения, вызываемого излучением с поверхностных слоев. Когда температура центральной об­ласти достигает нескольких миллионов градусов, в ней начинаются термоядерные реакции, сопровождающиеся выделением большого количества энергии.

Период, в течение которо­го звезда, сжимаясь из газо­вого облака, достигнет состояния, когда в ее центральных областях начнут действовать термоядерные реакции, на­зывается периодом сжатия. В этот период температура звезды должна повышаться и, следовательно, спектраль­ный класс становится более ранним. Что касается свети­мости звезды, то в период сжатия ее возрастанию будут способствовать увеличение температуры поверхности и увеличение прозрачности разогревшейся материи, вслед­ствие чего, из звезды будет непосредственно выходить излучение более глубоких и горячих слоев. С другой сторо­ны, уменьшение радиуса звезды будет уменьшать свети­мость. Расчет показывает, что совместное влияние всех факторов в период сжатия должно приводить к неболь­шому увеличению светимости.

Поэтому на диаграмме спектр — светимость эволюция в период сжатия протекает вдоль линий, тянущихся спра­ва налево и немного поднимающихся вверх. Раз­личие линий эволюции на диаграмме определяется различием масс газовых облаков, из которых формируются звезды. Чем больше масса, тем больше  светимость, тем выше на диаграмме проходит линия эволюции.

В момент, когда начинают эффективно действовать термоядерные реакции, все звезды оказываются на глав­ной последовательности диаграммы спектр — светимость.

Главными из термоядерных реакций являются реакции, которые приводят к превращению водорода в гелий. В их итоге четыре протона, являющиеся ядрами атома водорода, образуют ядро атома гелия. Масса протона в атомных единицах равна 1,00813, а масса ядра гелия 4,00389. Из­лишек массы в превращается в энергию излучения согласно основной формуле Эйнштейна.

Сравнение излишка массы с самой массой, участвую­щей в термоядерной реакции, показывает, что около 0,007 массы вещества при этой реакции превращается в энергию излучения.

Масса Солнца равна 2 • 1030 кг, светимость 4 • 10зв Дж/с.

Сколько времени могло бы излучать Солн­це так, как оно излучает сейчас, если бы из сплошь водо­родного оно превратилось в сплошь гелиевое, т. е. если бы в нем, как принято говорить, «выгорел» весь водород? 100 миллиардов лет — это много даже для космогониче­ских сроков. Нужно учесть, что водород выгорает только в центральных областях звезд. Во всяком случае, очевид­но, что термоядерные реакции могут играть очень суще­ственную роль в космогонии звезд.

Когда в звезде станут протекать термоядерные реак­ции и от них начнет поступать энергия, сжатие звезды прекратится. Энергия термоядерных реакций будет ком­пенсировать расход энергии на излучение. Некоторый срок звезда будет сохранять неизменными свои основные физические характеристики — радиус, температуру, светимость, оставаясь на диаграмме спектр — светимость на линии главной последовательности. Затем начнет ска­зываться постепенное исчерпание водорода в центральной области звезды. Расчет моделей звезд и учет всех фак­торов, которые при этом действуют, показывает, что ис­черпание водорода должно сопровождаться увеличением радиуса звезды и уменьшением ее температуры. Свети­мость при этом несколько растет, значит, звезда начнет смещаться с главной последовательности вправо и вверх. Скорость этого смещения зависит от скорости выгорания водорода, а последняя в очень сильной степени зависит от температуры. Скорость протекания термоядерных ре­акций приблизительно пропорциональна 15-й степени тем­пературы! Поэтому те звезды быстрее сходят с главной последовательности и быстрее перемещаются на диаграм­ме вправо и вверх, у которых в центральных областях до­стигается более высокая температура. А температура центральных областей выше у звезд больших масс, в них сильнее поле тяготения и больше потенциальная энергия тяготения, превращающаяся при сжатии в тепловую энер­гию.

Поэтому звезды больших масс и больших светимостей быстрее сходят с главной последовательности вправо и вверх, перемещаясь в направлении той части диаграммы, где расположена ветвь гигантов. Линии звезд равных возрастов стре­мятся вверх. Звезды больших масс и, следовательно, боль­ших светимостей эволюционируют быстрее, превращаясь в красные гиганты, когда звезды меньших масс еще толь­ко немного отошли от линии главной последовательности.

После того как в звездах-гигантах выгорит весь водо­род и они достигнут стадии красного гиганта, сжатие их ядра, состоящего теперь уже из гелия, приведет к даль­нейшему повышению температуры до значений более 100 млн. градусов. Тогда начинает действовать новая тер­моядерная реакция — образование ядра атома углерода из трех ядер атомов гелия. И эта реакция сопровождается потерей массы и выделением энергии излучения. Темпе­ратура звезды станет возрастать и начнется новое пере­мещение звезды на диаграмме спектр — светимость, те­перь уже влево.

Мы кратко обрисовали теорию эволюции звезд, осно­ванную на гипотезе образования их из газа. Рамки этой книги не позволяют подробно изложить процессы, кото­рые определяют эту эволюцию. Желающим ближе позна­комиться с вопросом мы рекомендуем прочитать книгу С. А. Каплана «Физика звезд» (М.: Наука, 1977).

Изложенная теория имеет значительные достоинства. Она оперирует с физическими процессами, реальность ко­торых не вызывает сомнений и даже проверена на прак­тике (водородная бомба). Она разработана количественно, причем некоторые этапы эволюции рассчитаны достаточно тщательно и точно. Здесь основная заслуга принадлежит

американскому астроному М. Шварцшильду и его со­трудникам. Важным доводом в пользу изложенной теории является определенное соот­ветствие диаграмм спектр — светимость, построенных по наблюдательным данным, с тем, что получается на осно­вании теоретических расче­тов. Согласно изложен­ной теории, судя по диаграмме, самым молодым скопле­нием является NG6 2362, затем в порядке увеличения возраста идут h и x Персея, Плеяды, NGC 2287, NGC 6705, Волосы Вероники, Гиады, Ясли, NGC 752, NGC 2682. Справа по вертикали указан возраст скопления, определяемый пo высоте точки, у которой начинается отход линии расположения звезд от главной последовательности, соответствующей «нулевому» возрасту, NGC 2362 имеет почти «нулевой» возраст, у ее звезд только закончился период сжатия и они «сели» на главную последовательность. У старого скопления NGC 2682 возраст около  8 • 10э и его диаграмма похожа уже на диаграмму шарового скопления.

Гипотеза происхождения звезд из газовой материи встречается и с серьезными трудностями. Одной из них является малое количество водорода в Галактике всего около 2 % общей ее массы. Если звезды образуются из газа, звездообразование в Галактике должно было бы практически закончиться. Между тем наша звездная си­стема весьма богата молодыми звездами — голубыми ги­гантами и сверхгигантами; в этом отношении она уступает очень немногим галактикам.

Далее, горячие гиганты и сверхгиганты сосредоточены в звездных ассоциациях, поэтому если звезды образуют­ся из газа, то следовало ожидать присутствия здесь и не­которого количества уже, заметно уплотнившихся газовых облаков, постепенно превращающихся в звезды. Нужно сказать, что в некоторых местах Галактики были обнару­жены маленькие плотные облака, названные глобулами. Но, во-первых, они не показывают тесной связи со звезд­ными ассоциациями, а во-вторых, нет оснований утверж­дать, что глобулы как раз являются зародышами звезд.

Слабым местом гипотезы является то, что описываемый ею процесс превращения газовой массы в звезду, как процесс весьма спокойный, не может объяснить ряда на­блюдательных данных, которые, по-видимому, нужно трак­товать как выбрасывание из некоторой области простран­ства звезд и даже галактик.

И наконец, отметим слабый пункт гипотезы образова­ния звезд из газа, состоящий в том, что, объяснив ряд известных наблюдательных фактов, она не смогла пока предсказать каких-нибудь новых, неизвестных до сих пор явлений, которые подтвердились бы в наблюдениях.