Гравитационное сжатие

Гравитационное сжатие — это внутренний процесс звезды (наряду с термоядерной реакцией) за счёт которого выделяется её внутренняя энергия.

Пусть в некоторый момент времени из-за охлаждения звез­ды температура в её центре несколько понизится. Давление в центре тоже понизится, и уже не будет компенсировать вес вы­шележащих слоёв. Силы гравитации начнут сжимать звезду. При этом потенциальная энергия системы уменьшится (так как потенциальная энергия отрицательна, то её модуль уве­личится). Из формулы внутренней энергии звезды (V = 3GM²_*ρ̅ / 2r_*ρ_ц) видно, что при этом внутренняя энергия, а значит, и температура внутри звезды увеличатся. Но на повышение тем­пературы потратится только половина выделившейся потенци­альной энергии, другая половина пойдёт на поддержание из­лучения звезды.

Теорема вириала утверждает, что потенци­альная энергия по модулю в 2 раза больше кинетической энер­гии любой системы, в которой действуют гравитационные си­лы. Поскольку в случае звезды кинетическая энергия — это сумма кинетических энергий частиц идеального газа, или внутренняя энергия газа, то ясно, что при сжатии звезды по­ловина выделившейся за счёт сжатия гравитационной энергии расходуется на поддержание светимости, а половина — на уве­личение запаса внутренней энергии (повышение температуры). Это означает, что за 10⁸ лет радиус Солнца должен был умень­шиться примерно в 2 раза. При этом температура поверхнос­ти Солнца должна была существенно увеличиться, что проти­воречит геологическим данным, согласно которым средняя тем­пература на Земле не менялась на протяжении 1,5 • 10⁹ лет, т. е. гравитационное сжатие не может поддерживать свечение Солнца на протяжении достаточно большого промежутка вре­мени. Материал с сайта http://wiki-what.com

Другое положение для белых карликов. Эти звезды имеют радиусы и светимости, примерно в 100 раз меньшие солнеч­ных. Очевидно, что время сжатия (а следовательно, время, в течение которого сжатие может служить основным источни­ком энергии) на 4—6 порядков больше, т. е. достигает 10¹²—10¹⁴ лет, что больше современного возраста Вселенной.

Аналогичная ситуация, т. е. ситуация, когда гравитацион­ное сжатие является существенным или даже единственным источником энергии, возникает на некоторых этапах эволю­ции звёзд.