Усі зорі, за вдалим висловом астронома Й. Шкловського, «народжуються, живуть і помирають». Зорі виникають з газопилових хмар внаслідок гравітаційного стискання. Воно ущільнює речовину протозорі, яка, стискаючись, нагрівається до високої температури. Коли температура в ядрі досягає 10 млн Кельвінів, тоді «спалахує» термоядерна реакція, що і є моментом народження зорі.

Тривалість життя, а також те, як саме зоря закінчить своє існування, визначає її маса. Що більша маса зорі, то менше часу вона живе. Масивні зорі (понад 5 мас Сонця) на завершальному етапі еволюції спалахують як Наднові. Такий вибух зорі породжує з її верхньої оболонки туманність, а з її внутрішньої частини ― нейтронну зорю або, якщо маса зорі становила понад 8 сонячних, чорну діру. Зорі до двох мас Сонця закінчують життя без грандіозних вибухів ― на стадії червоних гігантів вони скидають зовнішню оболонку (з неї утворюється планетарна туманність) і перетворюються в білих карликів.

Якщо протозоря має масу меншу ніж 0,08 M_☉, то температура в її надрах ніколи не досягне рівня, достатнього для початку термоядерної реакції перетворення Гідрогену на Гелій, але може можуть відбуватися термоядерні реакції за участі Літію та дейтерію. Такий об'єкт називають коричневим карликом. Вони мають масу не менше 0,0125 M_☉ (або 13 мас Юпітера). У менш масивних об'єктах умови для початку термоядерних реакцій не виникають.

Для протозір із масою понад 0,08 M_☉ температура в ядрі врешті-решт досягне 3×10⁶K, необхідних для початку реакцій протон-протонного циклу. Стискання зорі може тривати ще деякий час і припиняється, коли виділення енергії внаслідок термоядерних реакцій повністю врівноважує її витрати на випромінювання. Протозоря стає повноцінною зорею й опиняється на головній послідовності.

Наступний етап еволюції зорі — спалювання запасів водню (точніше — перетворення його на гелій). Це повільний процес, на який припадає більшість часу існування зорі. У цей час зоря перебуває на головній послідовності діаграми Герцшпрунга-Рассела. Час перебування зорі на головній послідовності залежить від маси зорі

Після того, як водень у ядрі здебільшого «вигорить», термоядерні реакції перестають виробляти достатню кількість енергії для того, щоб підтримувати сталий, потрібний для врівноваження сил гравітації, тиск. Внаслідок зменшення тиску зоря знову починає стискатися, що призводить до збільшення густини та температури в ядрі. Якщо маса зорі перевищує половину маси сонця у її ядрі виникають умови для перебігу потрійної альфа-реакції, у якій три ядра гелію перетворюється на ядро вуглецю. Ці ядерні реакції характеризуються набагато більшою швидкістю та, відповідно, виділенням енергії. Світність зорі зростає у десятки раз, вона розширюється («розпухає»), пересуваючись на діаграмі Герцшпрунга-Рассела вправо, до області гігантів. Якщо маса зорі досить велика, невдовзі після гелієвого спалаху «спалахує» вуглець і кисень; кожна з цих подій викликає значну перебудову зорі і її швидке пересування по діаграмі Герцшпрунга — Рессела. Розмір атмосфери зорі збільшується ще більше, і вона починає інтенсивно втрачати газ у вигляді зоряного вітру. Подальша доля зорі повністю залежить від її маси.

Від переважної більшості зір, маса яких після скидання оболонки не перевищує межі Чандрасекара (≈1,4 маси Сонця) через кілька десятків тисяч років, залишається дуже гаряче компактне ядро, яке називають білим карликом. Інші джерела термоядерної енергії для цих зір недоступні. Вони завершують свою еволюцію, поступово охолоджуються і стискаються, доки тиск вироджених електронів не врівноважить гравітацію. Їхня густина стає в мільйон разів більшою за густину води.

У зір масою більшою від межі Чандрасекара (понад 1,4 маси Сонця) енергія Фермі електронів перевищує дефект маси (нейтрон — протон+електрон) і розпочинається об'єднання протонів з електронами у нейтрони, оскільки така конфігурація енергетично вигідніша. Тиск виродженого електронного газу, що залишається, не може стримати подальше стискання ядра і після вичерпання джерел термоядерної енергії відбувається колапс зорі. Наслідком є спалах наднової II типу.

Наднові — зорі, які завершують свою еволюцію катастрофічним вибухом. Терміном «наднові» було названо зорі, які спалахують набагато (на порядки) сильніше від так званих нових зір. Насправді, ні ті, ні інші фізично новими не є, спалахують зорі, що вже існують, але раніше їх не було помітно неозброєним оком, що й створювало ефект появи нової зірки. Тип наднової визначається за наявністю в спектрі спалаху ліній водню. Якщо він є, значить наднова II типу, якщо ні — то I типу.

Після спалаху наднової II типу залишається ядро, розміром декілька кілометрів, яке складається здебільшого з нейтронів. Його густина в 280 трлн разів перевищує густину води. Рівновага підтримується тиском виродженої нейтронної речовини. Внаслідок стискання зорі значно збільшується швидкість її обертання та напруженість магнітного поля, і вона починає випромінювати радіохвилі з певною досить стабільною частотою. Саме завдяки такому випромінюванню 1967 року було виявлено пульсари, які вважають нейтронними зорями.

Пульсар — космічне джерело електромагнітного випромінювання, що реєструється на Землі у вигляді імпульсів — сплесків, які періодично повторюються.

Перший пульсар відкрили Джоселін Белл і Ентоні Х'юїш 1967 року. Джерелом імпульсів вважається нейтронна зоря з потужним магнітним полем, яка обертається і має вузькоспрямоване випромінювання.

Чорна діра — астрофізичний об'єкт, який створює настільки потужну силу тяжіння, що жодні, як завгодно швидкі частинки, не можуть покинути його поверхню, навіть світло.

Термін запровадив Джон Арчибальд Вілер наприкінці 1967 року. Він вперше вжив його в публічній лекції «Наш Всесвіт: відоме й невідоме»

Поняття чорних дір тісно пов’язане із поняттям – простору-часу. Фізики довели, що час є не просто абстрактним поняттям, він може змінюватися, вигинатися, скручуватися, будучи неоднаковим в різних місцях космосу. Десь час іде повільніше, а десь пришвидшено.

Чорна діра змінює простір довкола себе, притягуючи його. Уявімо собі що космос, його простір і час – це натягнуте гумове полотно, планети – кульки, які деформують його своєю вагою. Таким чином, все, що лежить на полотні, змінює його собою, роблячи вигини і опуклості в часі і просторі, від чого він стає неоднорідним, нелінійним. Чим більша маса предмету, кинутого на полотно, тим більшою буде і деформація простору довкола нього. Багато маленьких кульок на полотні зберігають певну «рівновагу», кожна вигинає собою простір, але при цьому вони залишаються на своїх місцях. Але щойно ви кинете туди велику кулю, вона настільки прогне полотно, що всі інші кульки миттю скотяться в її напрямку. Власне це і робить із усім довкола чорна діра.

Сила тяжіння чорної діри змушує інші об’єкти, які хоча б трішки потрапляють під її вплив, дуже швидко рухатися по своїх орбітах і ця швидкість постійно зростатиме. Для прикладу, Меркурій обертається довкола сонця із швидкістю 48 км/с, тоді яка швидкість руху небесних тіл в центрі нашої галактики становить 4800 км/с! Такі неймовірні швидкості призводять до зіткнення між собою космічних об’єктів, котрі однаково приречені бути поглинутими силами чорної діри.

Отож, ви вже зрозуміли, що чорна діра кардинально змінює простір довкола себе, але ви не задумувались над тим, що простір і час – не різні поняття, а нероздільні одне від одного. Якщо якась сила деформує простір, вона тим самим водночас деформує і час. Для нас з вами це означає, що в космосі існує така певна «точка», де час буквально стоїть, зупиняється. Можете вважати, що там його просто немає. Стан «замороження часу» можливий тому, що відбувається уповільнення часу під дією гравітації, що пояснюється теорією відносності Ейнштейна. Бо сила тяжіння в чорній дірі достатня для того, щоб уповільнити час, а в точці горизонту подій чорної діри він зовсім зупиняється. Горизонтом подій вважається така точка, після перетину якої об’єкт ніколи більше не зможе «покинути» чорну діру і «вийти» з-під її впливу – це гіпотетично, бо практично, об’єкт буде знищений силою її гравітації задовго до того, як зможе до цього горизонту подій наблизитись.

Рентгенівські подвійні зорі — клас подвійних зір, досить яскравих на рентгенівських хвилях. У рентгені випромінює речовина, яка падає з зорі-донора (зазвичай, звичайної зорі), на інший компонент системи — компактну зорю-акретор (переважно нейтронну зорю чи чорну діру). Падаюча речовина вивільняє гравітаційну потенціальну енергію у розмірі до декількох десятих частин її маси спокою, внаслідок чого розігрівається до такої температури, що максимум випромінювання лежить у рентгенівському діапазоні (для порівняння, ядерний синтез водню вивільняє лише 0,7 % маси спокою).

Зоряні системи з цих двох зірок називаються подвійними зорями, чи подвійними зоряними системами. За відсутності припливних ефектів, зовнішніх збурень чи передачі маси від однієї зорі іншій, така система стійка, обидві зорі будуть необмежено довго рухатись по еліптичній орбіті навколо центру мас системи.

Анімації нижче представляють характер обертання небесних тіл навколо спільного центру мас, що позначений червоним хрестиком

Мікроквазар (або рентгенівська подвійна, яка випромінює на радіохвилях) — названо так за деякі спільні характеристики з квазаром: потужне та змінне радіовипромінювання, яке часто є парою радіоджетів, та акреційний диск, який оточує компактний об'єкт (або чорну діру, або нейтронну зорю). У квазарів чорна діра в центрі є надмасивною (мільйони мас Сонця), а у мікроквазарів маса компактного об'єкта становить лише декілька сонячних. Оскільки у мікроквазарів акретована речовина походить зі звичайної зорі, акреційний диск дуже яскравий і у видимому, і у рентгенівському діапазонах. Деколи для вирізняння від інших рентгенівських подвійних мікроквазари називають радіоджетні рентгенівські подвійні. Частина радіо-емісії походить з релятивістських джетів, які часто демонструють видимий надсвітловий рух.

Мікроквазари є важливими для вивчення релятивістських струменів — джети формуються поруч із компактним об'єктом, а часова шкала поблизу компактних об'єктів є обернено пропорційною його масі. Тому коливання, які у квазара тривають сторіччя, у мікроквазара відбуваються за день.

При дослідженні фотографічним методом положень близької до нас зорі на загальному фоні зір протягом декількох років вдається виявити її зміщення на небесній сфері — власний рух зорі. З цих спостережень виключають її річне паралактичне зміщення, зумовлене обертанням Землі навколо Сонця. Якщо поблизу зорі є невидимий супутник, то рівномірно відносно зір фону рухається не сама зоря, а центр мас подвійної системи (барицентр), а видимий компонент системи періодично відхиляється від траєкторії барицентра то в один, то в інший бік. Дослідження такого періодичного відхилення дозволяє визначити масу невидимого супутника і його відстань до головної зорі. Цей метод виявлення невидимих супутників зір є астрометричним. Саме так були виявлені супутники у таких яскравих зір, як Сіріус та Проціон: їх відхилення від «прямолінійного» шляху зауважено у 1844 р., самі ж супутники, що є білими карликами, були знайдені відповідно у 1862 і 1896 рр.

Екзопланета або позасонцева планета — планета, що дрейфує космічним простором, або обертається навколо якоїсь зорі, але не нашого Сонця.

Позасонячні планети вперше було знайдено біля пульсарів PSR B1257+12 та PSR B1620-26. Ці відкриття мали місце відповідно у 1992 та 1993 роках. Першу екзопланету біля зорі Головної Послідовності, 51 Пегаса b, було відкрито у 1995р. на орбіті навколо 51 Пегаса.

Прямі спостереження екзопланет становлять значні труднощі. Тому для їх виявлення застосовують наступні методи.

Метод Доплера – спектрометричне вимірювання радіальної швидкості зорі. Найпоширеніший метод. Дозволяє виявити планети з масою не менше кількох мас Землі, розташовані поблизу зорі, та планети-гіганти з періодами до ~ 10 років. Метод Доплера дозволяє визначити амплітуду коливань радіальної швидкості для пари «зоря – одиночна планета», масу зорі, період обертання, ексцентриситет і нижню межу значення маси екзопланети. На квітень 2010 р. цим методом зареєстровано 343 планети.

Транзитний метод пов’язаний с проходженням планети на фоні зорі. В цей час світність зорі зменшується. Метод дозволяє визначити розміри планет, а в поєднанні з методом Доплера – густину планет. Також дає інформацію про наявність і склад атмосфери. На квітень 2010 р. цим методом виявлено 79 планет.

Метод гравітаційного мікролінзування. Між спостережуваним об’єктом (зорею, галактикою) та спостерігачем на Землі має бути інша зоря (вона є гравітаційною лінзою), яка фокусує своїм гравітаційним полем світло спостережуваної системи. Якщо зоря-лінза має планети, то виникає несиметричність кривої блиску. У цього методу вкрай обмежене застосування, причому повторне спостереження неможливе. Проте він чутливий до планет малої маси (порядку земної). До квітня 2010 р. відкрито 10 планет.

Астрометричний метод базується на зміні власного руху зорі під гравітаційним впливом планети. За допомогою астрометрії уточнено маси деяких екзопланет. Майбутнє цього методу пов’язане з орбітальними місіями, наприклад, такими як SIM.

Радіоспостереження пульсарів. Якщо навколо пульсара обертаються планети, то його сигнал має осцилюючий характер. Потужні напрямлені потоки випромінювання утворюють в просторі конічні поверхні. Якщо на такій поверхні виявиться Земля, тоді можливо зареєструвати дане випромінювання. На березень 2010 р. у двох пульсарів знайдено п’ять планет (3 + 2).

Техніка для вивчення екзопланет.

COROT (ЕКА) – спеціалізований 30-и сантиметровий орбітальний космічний телескоп, що знімає криві блиску багатьох зір у момент проходження перед ними планет. Запущений 27 грудня 2006 року. Передбачалося з його допомогою виявити десятки планет земного типу. До березня 2010 року COROT відкрив сім екзопланет і один коричневий карлик.

KEPLER (НАСА) – космічний телескоп системи Шмідта з діаметром дзеркала 0,95 м, здатний одночасно відстежувати 100 тис. зір. Запущений 7 березня 2009 року. Планується виявити близько 50 планет, з розмірами ідентичними Землі, і близько 600 планет, що в 2,2 разу перевищують Землю за розміром. KEPLER обертається навколо Сонця по орбіті радіусом 1 а. о. Розрахунковий термін експлуатації 3,5 роки. До березня 2010 року Кеплер відкрив п’ять екзопланет.

Міжзоряне середовище — речовина і поля, що заповнюють простір між зоряними системами всередині галактик. Понад 90 % міжзоряної речовини складає міжзоряний газ (у молекулярній, атомній або іонізованій формі). Близько 1 % становить міжзоряний пил. Середовище пронизано магнітними полями. Деяку роль відіграють космічні промені та інші поля. Поза межами галактик міжзоряне середовище поступово переходить у міжгалактичний простір.

Речовина міжзоряного середовища надзвичайно розріджена. У холодних, насичених областях концентрація атомів сягати 10⁵—10⁶ на см³. У гарячих розріджених областях, де речовина здебільшого іонізована, її густина може бути 10⁻⁴ см⁻³.

99 % речовини міжзоряного середовища перебуває в формі газу і лише 1 % складає пил. Газ міжзоряного середовища на 89 % складається з атомів Гідрогену і на 9 % — з атомів Гелію. Решта 2 % — це атоми важчих хімічних елементів, які в астрофізиці називають металами. За масою до 70% припадає на водень, 28% на гелій, і 1,5% на важчі елементи. Водень і гелій утворилися в основному завдяки первинному нуклеосинтезу, у той час як важчі елементи потрапляють у міжзоряне середовище завдяки процесам зоряної еволюції.

Міжзоряне середовище відіграє важливу роль в астрофізиці через свою проміжну роль між зоряними й галактичними масштабами. Із молекулярних хмар міжзоряного середовища утворюються зорі, які, у свою чергу, наповнюють міжзоряне середовище енергією та речовиною за рахунок зоряного вітру, спалахів наднових та шляхом утворення планетарних туманностей. Взаємодія між зорями й міжзоряним середовищем визначає швидкість, з якою галактика вичерпує наявний обсяг газу і, внаслідок цього, активно формує зорі.

Апарати повинні були пропрацювати близько п'яти років. Але ось уже майже півстоліття передають на Землю безцінні дані.

Апарат NASA Вояджер-2 залишив межі Сонячної системи і вийшов у міжзоряний простір. Зараз він перебуває на відстані приблизно 120 астрономічних одиниць від Землі.

Він став другим рукотворним об'єктом, який залишив Сонячну систему. Першим був його брат-близнюк Вояджер-1. Вчені сподіваються, що вони будуть приносити користь науці ще щонайменше десять років.

Найтриваліша наукова місія в історії стартувала більш ніж 40 років тому, коли дві міжпланетні станції NASA - Вояджер 1 і 2 вирушили вивчати космос. Апарати важать 723 кілограми кожен.

Вояджер-2 запустили першим - 20 серпня 1977. Він залишається єдиним апаратом, який відвідав околиці всіх чотирьох газових планет-гігантів Сонячної системи - Юпітера, Сатурна, Урана і Нептуна. При цьому біля Урана і Нептуна досі не було інших зондів.

5 вересня 1977 року NASA запустило станцію Вояджер-1. Спочатку станція призначалася для дослідження Юпітера і Сатурна. Він став першим апаратом, який зробив детальні знімки супутників цих планет.

Саме завдяки знімкам Вояджера вчені дізналися, що Велика червона пляма Юпітера - це гігантський ураган.

У 2012 році Вояджер-1 першим в історії вийшов за межі Сонячної системи. За 40 років польоту апарат віддалився від Землі майже на 20 мільярдів кілометрів і став найдальшим штучним об'єктом.

Вдруге в історії людства рукотворний апарат проник в міжзоряне середовище 5 листопада. Ним був Вояджер-2.

Зовнішня межа геліосфери, звана геліопаузою, перебуває там, де розріджений сонячний вітер зустрічається з холодним, щільним міжзоряним середовищем.