Астрономы уже составили классификацию звёзд по их светимости. Звёзды, излучающие в тысячи раз больше света, чем Солнце называются звёздами-гигантами, а звёзды с ещё более мощным излучением - сверхгигантами. Наоборот, звёзды с малой светимостью получили название звёзды-карлики.
Среди звёзд, видимых простым глазом и в небольшие телескопы, большинство составляют гиганты и сверхгиганты. Это объясняется тем, что только такие звёзды видны с огромных расстояний. На самом же деле в звёздном мире карликов намного больше, чем гигантов. В большинстве случаев эти названия говорят и о размерах, то есть о том, что гиганты очень велики, а карлики очень малы. Так, диаметр звезды Бетельгейзе в 350 раз превосходит диаметр Солнца. Есть звёзды, превосходящие Солнце по диаметру в 1000-2000 раз, а по объему в несколько миллиардов раз. Но существуют звёзды, по размерам значительно меньшие, чем Солнце. Среди них выделяются белые карлики. Первый из них по времени открытия - спутник Сириуса. Он меньше планет Урана и Нептуна, а некоторые белые карлики меньше Земли и даже Марса.
Астрономы смогли установить не только действительные размеры многих звёзд, но и их массы. Оказалось, что несмотря на огромную разницу в размерах звёзд, массы их не так сильно отличаются от массы Солнца. Редко встречаются звёзды с массой более чем в 5-10 раз, превышающей массу Солнца, как и звёзды с массой менее 0,3-0,5 солнечной. Это значит, что средняя плотность вещества (масса, делённая на объём) в звёздах-гигантах должна быть чрезвычайно мала, а в звёздах белых-карликах - она невообразимо велика. Другими словами, в одном кубическом сантиметре звезды-гиганта вещества содержится ничтожные доли грамма, а в таком же объёме звезды-карлика - тонны и даже десятки тонн.
Белые карлики
После «выгорания» термоядерного топлива в звезде, масса которой сравнима с массой Солнца, в центральной её части (ядре) плотность вещества становится настолько высокой, что свойства газа кардинально меняются. Подобный газ называется вырожденным, а звёзды, из него состоящие, -- вырожденными звёздами. После образования вырожденного ядра термоядерное горение продолжается в источнике вокруг него, имеющем форму шарового слоя. При этом звезда переходит в область красных гигантов на диаграмме Герцшпрунга -- Ресселла. Оболочка красного гиганта достигает колоссальных размеров -- в сотни радиусов Солнца -- и за время порядка 10--100 тыс. лет рассеивается в пространство. Сброшенная оболочка иногда видна как планетарная туманность. Оставшееся горячее ядро постепенно остывает и превращается в белый карлик, в котором силам гравитации противостоит давление вырожденного электронного газа, обеспечивая тем самым устойчивость звезды. При массе около солнечной радиус белого карлика составляет всего несколько тысяч километров. Средняя плотность вещества в нём часто превышает 109 кг/м3 (тонну на кубический сантиметр!). Ядерные реакции внутри белого карлика не идут, а свечение происходит за счёт медленного остывания. Основной запас тепловой энергии белого карлика содержится в колебательных движениях ионов, которые при температуре ниже 15 тыс. кельвинов образуют кристаллическую решётку. Образно говоря, белые карлики - это горячие гигантские кристаллы.
Журнал: Тайны вселенной №6(116), 2017 год
Рубрика: Астрофизика
Красные сверхгиганты
Однако даже ближайшие звёзды так далеки от нас, что и в самые лучшие современные телескопы они видны только как светящиеся точки. Поэтому лишь в начале XX века учёные нашли способ вычислять действительный диаметр звёзд. Результаты исследований оказались поразительными - звёздное небо оказалось заселённым как карликами, так и гигантами. Так, диаметр звезды Бетельгейзе был измерен в 1920 году и оказался почти в 350 раз больше диаметра Солнца. Поверхность Бетельгейзе примерно в 120 тысяч раз больше его поверхности, а объём в 40 миллионов раз больше объёма нашего светила! Если бы Бетельгейзе оказалась на месте Солнца, она заполнила бы все пространство далеко за пределами орбиты Марса.
Но этот небесный исполин - далеко не самая большая звезда в безбрежных просторах космоса. Долгое время самой большой звездой считалась VY, которая находится в созвездии Большого Пса. Радиус этой звезды - миллиард километров, что в полторы тысячи раз больше радиуса Солнца. Представление о размерах этого колосса дают следующие расчёты: один оборот вокруг звёзды-гипергиганта займёт 1200 лет, и то если лететь со скоростью 800 километров в час. Если уменьшить Землю до 1 сантиметра в поперечнике и так же пропорционально уменьшить VY, то размер последней будет 2,2 километра. Правда, масса этой звезды «всего лишь» в 40 раз больше массы Солнца (это объясняется тем, что плотность звёзд-сверхгигантов очень низкая). Но зато светит VY в 500 тысяч раз сильнее нашего небесного светила.
Звёздная жизнь
Бетельгейзе и VY являются красными сверхгигантами. Как известно, звёзды формируются из космических скоплений водорода. Когда такое облако оказывается достаточно плотным, начинают действовать гравитационные силы, вызывающие сжатие и нагрев газа. По достижении определённого предела в нагретом и сжатом центре облака начинаются термоядерные реакции - это означает, что звезда зажглась. Во вспыхнувшем светиле водород превращается в гелий миллионы и даже миллиарды лет. Если звезда достаточно велика, наступает момент, когда в термоядерные реакции включаются углерод и кислород - звезда становится красным гигантом или сверхгигантом. Газовая оболочка такой звезды вырастает до огромных размеров, распространяясь на миллионы километров. Красные сверхгиганты обычно заканчивают жизненный путь взрывом сверхновой. Ведь существование звезды определяется равновесием между силами гравитации, стремящимися сжать звезду, и давлением излучения, «распирающим» её изнутри. Когда излучение оказывается недостаточным, чтобы компенсировать гравитационное поле звезды, происходит катастрофический коллапс светила. Гравитационное сжатие вызывает «взрыв внутрь» - процесс сопровождается выделением колоссального количества энергии.Звезда становится сверхновой и на короткое время начинает сиять ярче, чем все звезды галактики, вместе взятые. Потом вспышка сверхновой заканчивается. Газовая оболочка погибшей звезды даёт начало новой туманности, а вырожденное ядро превращается в объект малой величины, но чудовищной плотности (это может быть белый карлик, нейтронная звезда или даже чёрная дыра).
Увы, но сверхгигант Бетельгейзе - близкий, по космическим меркам, сосед Солнечной системы (расположен примерно в полутысяче световых лет) достиг финальной стадии своей эволюции и может взорваться в самом скором времени. И этот катаклизм может быть опасен для Земли. Излучение сверхновой при взрыве направлено неравномерно - максимум излучения определяют магнитные полюса звезды. И если окажется, что один из полюсов Бетельгейзе направлен точно на Землю, то после взрыва сверхновой в нашу планету ударит смертоносный поток рентгеновского излучения…
Знаете ли вы что…
Некоторые учёные предполагают, что у Солнца может быть спутник - «тёмная» звезда Немезида. Это может быть белый или коричневый карлик, вращающийся вокруг Солнца на расстоянии около 1,5 световых лет. По мнению учёных - авторов гипотезы, Немезида может оказывать определённое губительное влияние на составляющие Солнечной планетарной системы, а точнее, изменять орбиты астероидов и комет. Испытав влияние Немезиды, данные объекты меняют свою траекторию таким образом, что становятся опасными для Земли.Огромные и яркие
Но красные сверхгиганты далеко не самые тяжёлые и яркие звёзды. Чемпионами среди известных на сегодня звёзд являются голубые сверхгиганты. В отличие от красных, доживающих долгую жизнь, - это молодые и раскалённые звезды, в миллионы раз превосходящие Солнце своей яркостью и имеющие массу, превосходящую массу Солнца в десятки и сотни раз. Поверхность голубых сверхгигантов стремительно уменьшается из-за сжатия, при этом излучение внутренней энергии непрерывно растёт и повышает температуру светила. К этому классу звёзд относится ярчайшая звезда, достоверно известная учёным. Открытие произошло недавно: в 2010 году, изучая Большое Магелланово Облако, исследователи обнаружили звезду R136а1. Этот гигант в 256 раз больше нашего Солнца по своей массе!Это значит, R136а1 весит 5×10 32 кг; или 500000000000000000000000000000 тонн! Эти данные стали откровением для учёных, ведь предполагалось, что звёзд, которые превышают массу Солнца больше чем в 150 раз, не существует. При этом R136а1 превосходит Солнце в десять миллионов раз по своей яркости! Звезда находится в Большом Магеллановом Облаке - карликовой галактике, которая вращается вокруг нашего Млечного Пути. Расстояние от Земли до туманности составляет невообразимую величину в 160 тысяч световых лет, поэтому исполинская звезда видна с помощью мощных телескопов. А если бы это удивительное светило находилось на месте одной из ближайших к солнечной системе звёзд, те сияние R136а 1 превосходило бы сияние Солнца.
Впрочем, возможно, что R136а1 в скором времени уступит «чемпионский титул» загадочной двойной звезде R144, открытой в середине апреля 2013 года. R144 -это единая система из двух звёзд, вращающихся вокруг друг друга по близким орбитам, с полной массой компонентов около 300 солнечных масс. В недалёком будущем они могут слиться в единый объект, который окажется большей звездой, нежели нынешний рекордсмен (появившийся на свет, скорее всего, таким же образом).
Двойной звездой является и таинственный объект LBV 1806-20, чья яркость предположительно в 12 миллионов раз превосходит яркость Солнца (больше, чем у R136a1). Спрятанное за газом и пылью чудовищное светило класса LBV (яркая голубая переменная) имеет массу 130-190 масс Солнца. Эта сверхзвезда за 2-3 секунды излучает примерно столько же энергии, сколько Солнце за год. То, что LBV1806-20 и R144 - двойные звезды, - не случайно. Как показывают исследования, три четверти голубых сверхгигантов имеют близко расположенную звезду-спутник, а примерно треть из них находятся на пути к слиянию и образованию одной звезды (оставшаяся четверть «одиночных» голубых супергигантов - по-видимому, результат произошедшего в прошлом слияния звёзд). Поэтому такие звезды получили негласное название «звезды-вампиры» (главная из звёзд двойной системы «высасывает» вещество с поверхности своего соседа).
Знаете ли вы что…
Солнце является одной из 220- 400 млрд. звёзд нашей Галактики. Всего в астрономические каталоги занесено около 50 миллиардов звёзд - но это огромное количество лишь небольшая часть звёзд нашей Галактики. При этом современные приборы позволяют наблюдать 130 миллиардов галактик! Число звёзд в наблюдаемой вселенной примерно оценивается как 30 миллиардов триллионов.Чудовищно тяжёлые…
Однако хотя голубые сверхгиганты являются самыми яркими из известных науке звёзд, вопрос о самых тяжёлых звёздах остаётся открытым. Есть основания считать, что в космосе существуют «холодные» звезды такой массы, что R136a1 на их фоне окажется карликом. Интерес астрономов вызывает Эпсилон Возничего - звезда настолько холодная, что, несмотря на её чудовищные размеры, её не видно даже в самые мощные телескопы, так как её слабое излучение почти целиком лежит в инфракрасной области. Мы знаем о существовании этого «скрытого» светила только потому, что у него есть яркий спутник, который она периодически затмевает. Исходя из косвенных данных, учёные предположили, что таинственный «затмевающий» объект - это тёмная звезда - инфракрасный гигант с диаметром 4 миллиарда километров. Если эта гипотеза верна, то Эпсилон Возничего, оказавшись на месте Солнца, заполнила бы все пространство Солнечной системы вплоть до орбиты Урана!Между тем невозможно сказать, каких размеров могут достигать инфракрасные сверхгиганты - ведь звезду настолько холодную, что она излучает почти исключительно в инфракрасной части спектра, очень трудно обнаружить. Несомненно, в глубинах космоса скрываются тёмные звезды гораздо больших размеров, чем Эпсилон Возничего, - и можно лишь гадать, каких максимальных размеров (и какой максимальной массы) они могут достигать.
Какая бы гипотеза ни была верна, несомненно, что в скором времени появятся новые рекордсмены среди звёзд - ведь учёные не устают осваивать пространство и делать все новые открытия. Кто знает, какие светила-левиафаны спрятаны в безбрежном космосе?
> Звезды
Звезды – массивные газовые шары: история наблюдений, названия во Вселенной, классификация с фото, рождение звезды, развитие, двойные звезды, список самых ярких.
Звезды - небесные тела и гигантские светящиеся сферы плазмы. Только в нашей галактике Млечный Путь их насчитывают миллиарды, включая Солнце. Не так давно мы узнали, что некоторые из них еще и располагают планетами.
История наблюдений за звездами
Сейчас можно легко купить телескоп и наблюдать на ночным небом или воспользоваться телескопами онлайн на нашем сайте. С древних времен звезды на небе играли важную роль во многих культурах. Они отметились не только в мифах и религиозных историях, но и послужили первыми навигационными инструментами. Именно поэтому астрономия считается одной из древнейших наук. Появление телескопов и открытие законов движения и гравитации в 17 веке помогли понять, что все звезды напоминают наше , а значит подчиняются тем же физическим законам.
Изобретение фотографии и спектроскопии в 19 веке (исследование длин волн света, исходящих от объектов) позволили проникнуть в звездный состав и принципы движения (создание астрофизики). Первый радиотелескоп появился в 1937 году. С его помощью можно было отыскать невидимое звездное излучение. А в 1990 году удалось запустить первый космический телескоп Хаббл, способный получить наиболее глубокий и детализированный взгляд на Вселенную (качественные фото Хаббла для различных небесных тел можно найти на нашем сайте).
Наименование звезд Вселенной
Древние люди не обладали нашими техническими преимуществами, поэтому в небесных объектах узнавали образы различных существ. Это были созвездия, о которых сочиняли мифы, чтобы запомнить названия. Причем практически все эти имена сохранились и используются сегодня.
В современном мире насчитывается (среди них 12 относятся к зодиакальным). Самая яркая звезда получает обозначение «альфа», вторая – «бета», а третья – «гамма». И так продолжается до конца греческого алфавита. Есть звезды, которые отображают части тела. Например, ярчайшая звезда Ориона (Альфа Ориона) – «рука (подмышка) великана».
Не стоит забывать, что все это время составлялось множество каталогов, чьи обозначения используют до сих пор. Например, Каталог Генри Дрейпера предлагает спектральную классификацию и позиции для 272150 звезд. Обозначение Бетельгейзе – HD 39801.
Но звезд на небе невероятно много, поэтому для новых используют аббревиатуры, обозначающие звездный тип или каталог. К примеру, PSR J1302-6350 – пульсар (PSR), J – используется система координат «J2000», а последние две группы цифр – координаты с кодами широты и долготы.
Звезды все одинаковые? Ну, когда наблюдаешь без использования техники, то они лишь слегка отличаются по яркости. Но ведь это всего лишь огромные газовые шары, так? Не совсем. На самом деле, у звезд есть классификация, основанная на их главных характеристиках.
Среди представителей можно встретить голубых гигантов и крошечных коричневых карликов. Иногда попадаются и причудливые звезды, вроде нейтронных. Погружение во Вселенную невозможно без понимания этих вещей, поэтому давайте познакомимся со звездными типами поближе.
 Большая часть вселенских звезд находится в стадии главной последовательности. Можно вспомнить Солнце, Альфа Центавра А и Сирус. Они способны кардинально отличаться по масштабности, массивности и яркости, но выполняют один процесс: трансформируют водород в гелий. При этом производится огромный энергетический всплеск. Такая звезда переживает ощущение гидростатического баланса. Гравитация заставляет объект сжиматься, но ядерный синтез выталкивает его наружу. Эти силы работают на уравновешивании, и звезде удается сохранять форму сферы. Размер зависит от массивности. Черта – 80 масс Юпитера. Это минимальная отметка, при которой возможно активировать процесс плавления. Но в теории максимальная масса – 100 солнечных. |
 Если топлива нет, то у звезды больше не хватает массы, чтобы продлить ядерный синтез. Она превращается в белого карлика. Внешнее давление не работает, и она сокращается в размерах из-за силы тяжести. Карлик продолжает сиять, потому что все еще остаются горячие температуры. Когда он остынет, то обретет фоновую температуру. На это уйдут сотни миллиардов лет, поэтому пока просто невозможно найти ни единого представителя.
|
 Цефеиды – звезды, пережившие эволюцию из главной последовательности к полосе неустойчивости Цефеиды. Это обычные радио-пульсирующие звезды с заметной связью между периодичностью и светимостью. За это их ценят ученые, ведь они являются превосходными помощниками в определении дистанций в пространстве. Они также демонстрируют перемены лучевой скорости, соответствующие фотометрическим кривым. У более ярких наблюдается длительная периодичность. Классические представители – сверхгиганты, чья масса в 2-3 раза превосходит солнечную. Они пребывают в моменте сжигания топлива на этапе главной последовательности и трансформируются в красных гигантов, пересекая линию неустойчивости цефеид. |
 Если говорить точнее, то понятие «двойная звезда» не отображает реальную картинку. На самом деле, перед нами звездная система, представленная двумя звездами, совершающими обороты вокруг общего центра масс. Многие совершают ошибку и принимают за двойную звезду два объекта, которые кажутся расположенными близко при наблюдении невооруженным глазом. Ученые извлекают из этих объектов пользу, потому что они помогают вычислить массу отдельных участников. Когда они передвигаются по общей орбите, то вычисления Ньютона для гравитации позволяют с невероятной точностью рассчитать массу. Можно выделить несколько категорий в соответствии с визуальными свойствами: затмевающие, визуально бинарные, спектроскопические бинарные и астрометрические. Затмевающие – звезды, чьи орбиты создают горизонтальную линию от места наблюдения. То есть, человек видит двойное затмение на одной плоскости (Алголь). Визуальные – две звезды, которые можно разрешить при помощи телескопа. Если одна из них светит очень ярко, то бывает сложно отделить вторую. |
Формирование звезды
Давайте внимательнее изучим процесс рождения звезды. Сначала мы видим гигантское медленно вращающееся облако, наполненное водородом и гелием. Внутренняя гравитация заставляет его сворачиваться внутрь, из-за чего вращение ускоряется. Внешние части трансформируются в диск, а внутренние в сферическое скопление. Материал разрушается, становясь горячее и плотнее. Вскоре появляется шарообразная протозведа. Когда тепло и давление вырастают до 1 миллиона °C, атомные ядра сливаются и зажигается новая звезда. Ядерный синтез превращает небольшое количество атомной массы в энергию (1 грамм массы, перешедший в энергию, приравнивается к взрыву 22000 тонн тротила). Посмотрите также объяснение на видео, чтобы лучше разобраться в вопросе звездного зарождения и развития.
Эволюция протозвездных облаков
Астроном Дмитрий Вибе об актуализме, молекулярных облаках и рождении звезды:
Рождение звезд
Астроном Дмитрий Вибе о протозвездах, открытии спектроскопии и гравотурбулентной модели звездообразования:
Вспышки на молодых звездах
Астроном Дмитрий Вибе о сверхновых, типах молодых звезд и вспышке в созвездии Ориона:
Звездная эволюция
Основываясь на массе звезды, можно определить весь ее эволюционный путь, так как он проходит по определенным шаблонным этапам. Есть звезды промежуточной массы (как Солнце) в 1.5-8 раз больше солнечной массы, более 8, а также до половины солнечной массы. Интересно, что чем больше масса звезды, тем короче ее жизненный срок. Если она достигает меньше десятой части солнечной, то такие объекты попадают в категорию коричневых карликов (не могут зажечь ядерный синтез).
Объект с промежуточной массой начинает существование с облака, размером в 100000 световых лет. Для сворачивания в протозвезду температура должна быть 3725°C. С момента начала водородного слияния может образоваться Т Тельца – переменная с колебаниями в яркости. Последующий процесс разрушения займет 10 миллионов лет. Дальше ее расширение уравновесится сжатием силы тяжести, и она предстанет в виде звезды главной последовательности, получающей энергию от водородного синтеза в ядре. Нижний рисунок демонстрирует все этапы и трансформации в процессе эволюции звезд.
Когда весь водород переплавится в гелий, гравитация сокрушит материю в ядро, из-за чего запустится стремительный процесс нагрева. Внешние слои расширяются и охлаждаются, а звезда становится красным гигантом. Далее начинает сплавляться гелий. Когда и он иссякает, ядро сокращается и становится горячее, расширяя оболочку. При максимальной температуре внешние слои сдуваются, оставляя белый карлик (углерод и кислород), температура которого достигает 100000 °C. Топлива больше нет, поэтому происходит постепенно охлаждение. Через миллиарды лет они завершают жизнь в виде черных карликов.
Процессы формирования и смерти у звезды с высокой массой происходят невероятно быстро. Нужно всего 10000-100000 лет, чтобы она перешла от протозвезды. В период главной последовательности это горячие и голубые объекты (от 1000 до миллиона раз ярче Солнца и в 10 раз шире). Далее мы видим красного сверхгиганта, начинающего сплавлять углерод в более тяжелые элементы (10000 лет). В итоге формируется железное ядро с шириною в 6000 км, чье ядерное излучение больше не может противостоять силе притяжения.
Когда масса звезды приближается к отметке в 1.4 солнечных, электронное давление больше не может удерживать ядро от крушения. Из-за этого формируется сверхновая. При разрушении температура поднимается до 10 миллиардов °C, разбивая железо на нейтроны и нейтрино. Всего за секунду ядро сжимается до ширины в 10 км, а затем взрывается в сверхновой типа II.
Если оставшееся ядро достигало меньше 3-х солнечных масс, то превращается в нейтронную звезду (практически из одних нейтронов). Если она вращается и излучает радиоимпульсы, то это . Если ядро больше 3-х солнечных масс, то ничто не удержит ее от разрушения и трансформации в .
Звезда с малой массой тратит топливные запасы так медленно, то станет звездой главной последовательности только через 100 миллиардов – 1 триллион лет. Но возраст Вселенной достигает 13.7 миллиардов лет, а значит такие звезды еще не умирали. Ученые выяснили, что этим красным карликам не суждено слиться ни с чем, кроме водорода, а значит, они никогда не перерастут в красных гигантов. В итоге, их судьба – охлаждение и трансформация в черные карлики.
Термоядерные реакции и компактные объекты
Астрофизик Валерий Сулейманов о моделировании атмосфер, «большом споре» в астрономии и слиянии нейтронных звезд:
Астрофизик Сергей Попов о расстоянии до звезд, образовании черных дыр и парадоксе Ольберса:
Мы привыкли, что наша система освещается исключительно одной звездой. Но есть и другие системы, в которых две звезды на небе вращаются по орбите относительно друг друга. Если точнее, только 1/3 звезд, похожих на Солнце, располагаются в одиночестве, а 2/3 – двойные звезды. Например, Проксима Центавра – часть множественной системы, включающей Альфа Центавра А и B. Примерно 30% звезд в многократные.
Этот тип формируется, когда две протозвезды развиваются рядом. Одна из них будет сильнее и начнет влиять гравитацией, создавая перенос массы. Если одна предстанет в виде гиганта, а вторая – нейтронная звезда или черная дыра, то можно ожидать появления рентгеновской двойной системы, где вещество невероятно сильно нагреется – 555500 °C. При наличии белого карлика, газ из компаньона может вспыхнуть в виде новой. Периодически газ карлика накапливается и способен мгновенно слиться, из-за чего звезда взорвется в сверхновой типа I, способной затмить галактику своим сиянием на несколько месяцев.
Релятивистские двойные звезды
Астрофизик Сергей Попов об измерении массы звезды, черных дырах и ультрамощных источниках:
Свойства двойных звезд
Астрофизик Сергей Попов о планетарных туманностях, белых гелиевых карликах и гравитационных волнах:
Характеристика звезд
Яркость
Для описания яркости звездных небесных тел используют величину и светимость. Понятие величины основывается еще на работах Гиппарха в 125 году до н.э. Он пронумеровал звездные группы, полагаясь на видимую яркость. Самые яркие – первая величина, и так до шестой. Однако расстояние между и звездой способно влиять на видимый свет, поэтому сейчас добавляют описание фактической яркости – абсолютная величина. Ее вычисляют при помощи видимой величины, как если бы она составляла 32.6 световых лет от Земли. Современная шкала величин поднимается выше шести и опускается ниже единицы (видимая величина достигает -1.46). Ниже можете изучить список самых ярких звезд на небе с позиции наблюдателя Земли.
Список самых ярких звезд видимых с Земли
| № | Название | Расстояние, св. лет | Видимая величина | Абсолютная величина | Спектральный класс | Небесное полушарие |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0,0000158 | −26,72 | 4,8 | G2V | ||
| 1 | 8,6 | −1,46 | 1,4 | A1Vm | Южное | |
| 2 | 310 | −0,72 | −5,53 | A9II | Южное | |
| 3 | 4,3 | −0,27 | 4,06 | G2V+K1V | Южное | |
| 4 | 34 | −0,04 | −0,3 | K1.5IIIp | Северное | |
| 5 | 25 | 0,03 (перем) | 0,6 | A0Va | Северное | |
| 6 | 41 | 0,08 | −0,5 | G6III + G2III | Северное | |
| 7 | ~870 | 0,12 (перем) | −7 | B8Iae | Южное | |
| 8 | 11,4 | 0,38 | 2,6 | F5IV-V | Северное | |
| 9 | 69 | 0,46 | −1,3 | B3Vnp | Южное | |
| 10 | ~530 | 0,50 (перем) | −5,14 | M2Iab | Северное | |
| 11 | ~400 | 0,61 (перем) | −4,4 | B1III | Южное | |
| 12 | 16 | 0,77 | 2,3 | A7Vn | Северное | |
| 13 | ~330 | 0,79 | −4,6 | B0.5Iv + B1Vn | Южное | |
| 14 | 60 | 0,85 (перем) | −0,3 | K5III | Северное | |
| 15 | ~610 | 0,96 (перем) | −5,2 | M1.5Iab | Южное | |
| 16 | 250 | 0,98 (перем) | −3,2 | B1V | Южное | |
| 17 | 40 | 1,14 | 0,7 | K0IIIb | Северное | |
| 18 | 22 | 1,16 | 2,0 | A3Va | Южное | |
| 19 | ~290 | 1,25 (перем) | −4,7 | B0.5III | Южное | |
| 20 | ~1550 | 1,25 | −7,2 | A2Ia | Северное | |
| 21 | 69 | 1,35 | −0,3 | B7Vn | Северное | |
| 22 | ~400 | 1,50 | −4,8 | B2II | Южное | |
| 23 | 49 | 1,57 | 0,5 | A1V + A2V | Северное | |
| 24 | 120 | 1,63 (перем) | −1,2 | M3.5III | Южное | |
| 25 | 330 | 1,63 (перем) | −3,5 | B1.5IV | Южное |
Другие известные звезды:
Светимость звезды – скорость излучения энергии. Ее измеряют при помощи сравнения с солнечной яркостью. Например, Альфа Центавра А в 1.3 ярче Солнца. Чтобы произвести те же вычисления по абсолютной величине, придется учитывать, что 5 по шкале абсолютной приравнивается к 100 на отметке светимости. Яркость зависит от температуры и размера.
Цвет
Вы могли заметить, что звезды отличаются по цвету, который, на самом деле, зависит от поверхностной температуры.
| Класс | Температура,K | Истинный цвет | Видимый цвет | Основные признаки |
|---|---|---|---|---|
| O | 30 000-60 000 | голубой | голубой | Слабые линии нейтрального водорода, гелия, ионизованного гелия, многократно ионизованных Si, C, N. |
| B | 10 000-30 000 | бело-голубой | бело-голубой и белый | Линии поглощения гелия и водорода. Слабые линии H и К Ca II. |
| A | 7500-10 000 | белый | белый | Сильная бальмеровская серия, линии H и К Ca II усиливаются к классу F. Также ближе к классу F начинают появляться линии металлов |
| F | 6000-7500 | жёлто-белый | белый | Сильны Линии H и К Ca II, линии металлов. Линии водорода начинают ослабевать. Появляется линия Ca I. Появляется и усиливается полоса G, образованная линиями Fe, Ca и Ti. |
| G | 5000-6000 | жёлтый | жёлтый | Линии H и К Ca II интенсивны. Линия Ca I и многочисленные линии металлов. Линии водорода продолжают слабеть, Появляются полосы молекул CH и CN. |
| K | 3500-5000 | оранжевый | желтовато-оранжевый | Линии металлов и полоса G интенсивны. Линии водорода почти не заметно. Появляется полосы поглощения TiO. |
| M | 2000-3500 | красный | оранжево-красный | Интенсивны полосы TiO и других молекул. Полоса G слабеет. Все ещё заметны линии металлов. |
Каждая звезда обладает одним цветом, но производит широкий спектр, включая все виды излучения. Разнообразные элементы и соединения поглощают и выбрасывают цвета или длины волн цвета. Изучая звездный спектр, можно разобраться в составе.
Поверхностная температура
Температура звездных небесных тел измеряется в кельвинах с температурой нуля, равной -273.15 °C. Температура темно-красной звезды – 2500К, ярко-красной – 3500К, желтой – 5500К, голубой – от 10000К до 50000К. На температуру частично влияет масса, яркость и цвет.
Размер
Размер звездных космических объектов определяется в сравнении с солнечным радиусом. У Альфа Центавра А – 1.05 солнечных радиусов. Размеры могут быть разными. Например, нейтронные звезды в ширину простираются на 20 км, а вот сверхгиганты – в 1000 раз больше солнечного диаметра. Размер влияет на звездную яркость (светимость пропорциональна квадрату радиуса). На нижних рисунках можно рассмотреть сравнение размеров звезд Вселенной, включая сопоставление с параметрами планет Солнечной системы.
Сравнительные размеры звезд
Масса
Здесь также все вычисляется в сравнении с солнечными параметрами. Масса Альфа Центавра А – 1.08 солнечных. Звезды с одинаковыми массами могут не сходиться по размерам. Масса звезды влияет на температуру.
Красный гигант, а также сверхгигант - это название космических объектов с протяженными оболочками и высокой светимостью. Они относятся к поздним спектральным классам К и М. Их радиусы превосходят солнечный в сотни раз. Максимальное излучение этих звезд приходится на инфракрасную и красную области спектра. На диаграмме Герцшпрунга — Ресселла красные гиганты располагаются над линией главной последовательности, их абсолютная колеблется в пределах чуть выше нуля или имеет отрицательное значение.
Площадь такой звезды превосходит площадь Солнца минимум в 1500 раз, а при этом ее диаметр приблизительно в 40 раз больше. Так как разница в абсолютной величине с нашим светилом составляет около пяти, выходит, что красный гигант излучает в сто раз больше света. Но при этом он значительно холоднее. Солнечная температура вдвое превосходит показатели красного гиганта, и поэтому на единицу площади поверхности светило нашей системы излучает света в шестнадцать раз больше.
Видимый цвет звезды напрямую зависит от температуры поверхности. Наше Солнце раскаляется добела и имеет сравнительно небольшие размеры, поэтому его называют желтым карликом. Более холодные звезды имеют оранжевый и красный свет. Каждая звезда в процессе своей эволюции может достигнуть последних спектральных классов и стать красным гигантом на двух этапах развития. Это происходит в процессе зарождения на стадии звездообразования или же на завершающей ступени эволюции. В это время красный гигант начинает излучать энергию за счет собственной гравитационной энергии, которая выделяется при его сжатии.
По мере того как сжимается звезда, температура ее возрастает. При этом, вследствие сокращения размеров поверхности, в разы падает Она затухает. Если это «молодой» красный гигант, то в конечном итоге в его недрах запустится синтеза из водорода гелия. После чего молодая звезда выйдет на главную последовательность. У старых звезд иная судьба. На поздних этапах эволюции водород в недрах светила выгорает полностью. После чего звезда сходит с главной последовательности. По диаграмме Герцшпрунга — Рассела она передвигается в область сверхгигантов и красных гигантов. Но перед тем как перейти на эту стадию, она проходит промежуточный этап - субгиганта.
Субгигантами называют звезды, в ядре которых уже прекратились водородные термоядерные реакции, но при этом горение гелия еще не началось. Это происходит, потому что ядро недостаточно разогрелось. Примером такого субгиганта может быть Артур, расположенный в Он является оранжевой з
вездой с видимой величиной -0,1. Он находится на расстоянии от Солнца примерно в 36 - 38 Наблюдать его можно в Северном полушарии в мае, если глядеть прямо на юг. Диаметр Артура в 40 раз больше солнечного.
Желтый карлик Солнце является сравнительно молодой звездой. Ее возраст оценивается в 4,57 миллиарда лет. На главной последовательности оно будет оставаться еще приблизительно 5 миллиардов лет. Но ученым удалось смоделировать мир, в котором Солнце - красный гигант. Размеры его вырастут в 200 раз и достигнут испепелив Меркурий и Венеру. Конечно, жизнь к этому времени будет уже невозможной. На этой стадии Солнце просуществует приблизительно еще 100 миллионов лет, после чего оно превратится в и станет белым карликом.
Звезды бывают самые разные: маленькие и большие, яркие и не очень, старые и молодые, горячие и «холодные», белые, голубые, желтые, красные и т. д.
Разобраться в классификации звезд позволяет диаграмма Герцшпрунга – Рассела.
Она показывает зависимость между абсолютной звездной величиной, светимостью, спектральным классом и температурой поверхности звезды. Звезды на этой диаграмме располагаются не случайно, а образуют хорошо различимые участки.
Большая часть звезд находится на так называемой главной последовательности . Существование главной последовательности связано с тем, что стадия горения водорода составляет ~90% времени эволюции большинства звезд: выгорание водорода в центральных областях звезды приводит к образованию изотермического гелиевого ядра, переходу к стадии красного гиганта и уходу звезды с главной последовательности. Относительно краткая эволюция красных гигантов приводит, в зависимости от их массы, к образованию белых карликов, нейтронных звезд или черных дыр.
Находясь на различных стадиях своего эволюционного развития, звезды подразделяются на нормальные звезды, звезды карлики, звезды гиганты.
Нормальные звезды, это и есть звезды главной последовательности. К ним относится и наше Солнце. Иногда такие нормальные звезды, как Солнце, называют желтыми карликами.
Жёлтый карлик
Жёлтый карлик – тип небольших звёзд главной последовательности, имеющих массу от 0,8 до 1,2 массы Солнца и температуру поверхности 5000–6000 K.
Время жизни жёлтого карлика составляет в среднем 10 миллиардов лет.
После того, как сгорает весь запас водорода, звезда во много раз увеличивается в размере и превращается в красный гигант. Примером такого типа звёзд может служить Альдебаран.
Красный гигант выбрасывает внешние слои газа, образуя тем самым планетарные туманности, а ядро коллапсирует в маленький, плотный белый карлик.
Красный гигант – это крупная звезда красноватого или оранжевого цвета. Образование таких звезд возможно как на стадии звездообразования, так и на поздних стадиях их существования.
На ранней стадии звезда излучает за счет гравитационной энергии, выделяющейся при сжатии, до того момента пока сжатие не будет остановлено начавшейся термоядерной реакцией.
На поздних стадиях эволюции звезд, после выгорания водорода в их недрах, звезды сходят с главной последовательности и перемещаются в область красных гигантов и сверхгигантов диаграммы Герцшпрунга – Рассела: этот этап длится примерно 10% от времени «активной» жизни звезд, то есть этапов их эволюции, в ходе которых в звездных недрах идут реакции нуклеосинтеза.
Звезда гигант имеет сравнительно низкую температуру поверхности, около 5000 градусов. Огромный радиус, достигающий 800 солнечных и за счет таких больших размеров огромную светимость. Максимум излучения приходится на красную и инфракрасную область спектра, потому их и называют красными гигантами.
Крупнейшие из гигантов превращаются в красных супергигантов. Звезда под названием Бетельгейзе из созвездия Орион – самый яркий пример красного супергиганта.
Звезды карлики являются противоположностью гигантов и могут быть следующие.
Белый карлик – это то, что остаётся от обычной звезды с массой, не превышающей 1,4 солнечной массы, после того, как она проходит стадию красного гиганта.
Из-за отсутствия водорода термоядерная реакция в ядре таких звезд не происходит.
Белые карлики – очень плотные. По размеру они не больше Земли, но массу их можно сравнить с массой Солнца.
Это невероятно горячие звёзды, их температура достигает 100 000 градусов и более. Они сияют за счёт своей оставшейся энергии, но со временем она заканчивается, и ядро остывает, превращаясь в чёрного карлика.
Красные карлики – самые распространённые объекты звёздного типа во Вселенной. Оценка их численности варьируется в диапазоне от 70 до 90% от числа всех звёзд в галактике. Они довольно сильно отличаются от других звезд.
Масса красных карликов не превышает трети солнечной массы (нижний предел массы - 0,08 солнечной, далее идут коричневые карлики), температура поверхности достигает 3500 К. Красные карлики имеют спектральный класс M или поздний K. Звезды этого типа испускают очень мало света, иногда в 10 000 раз меньше Солнца.
Учитывая их низкое излучение, ни один из красных карликов не виден с Земли невооружённым глазом. Даже ближайший к Солнцу красный карлик Проксима Центавра (самая близкая к Солнцу звезда в тройной системе) и ближайший одиночный красный карлик, звезда Барнарда, имеют видимую звёздную величину 11,09 и 9,53 соответственно. При этом невооружённым взглядом можно наблюдать звезду со звёздной величиной до 7,72.
Из-за низкой скорости сгорания водорода красные карлики имеют очень большую продолжительность жизни – от десятков миллиардов до десятков триллионов лет (красный карлик с массой в 0,1 массы Солнца будет гореть 10 триллионов лет).
В красных карликах невозможны термоядерные реакции с участием гелия, поэтому они не могут превратиться в красные гиганты. Со временем они постепенно сжимаются и всё больше нагреваются, пока не израсходуют весь запас водородного топлива.
Постепенно, согласно теоретическим представлениям, они превращаются в голубые карлики – гипотетический класс звёзд, пока ни один из красных карликов ещё не успел превратиться в голубого карлика, а затем – в белые карлики с гелиевым ядром.
Коричневый карлик – субзвездные объекты (с массами в диапазоне примерно от 0,01 до 0,08 массы Солнца, или, соответственно, от 12,57 до 80,35 массы Юпитера и диаметром примерно равным диаметру Юпитера), в недрах которых, в отличие от звезд главной последовательности, не происходит реакции термоядерного синтеза c превращением водорода в гелий.
Минимальная температура звёзд главной последовательности составляет порядка 4000 К, температура коричневых карликов лежит в промежутке от 300 до 3000 К. Коричневые карлики на протяжении своей жизни постоянно остывают, при этом чем крупнее карлик, тем медленнее он остывает.
Субкоричневые карлики
Субкоричневые карлики или коричневые субкарлики – холодные формирования, по массе лежащие ниже предела коричневых карликов. Масса их меньше примерно одной сотой массы Солнца или, соответственно, 12,57 массы Юпитера, нижний предел не определён. Их в большей мере принято считать планетами, хотя к окончательному заключению о том, что считать планетой, а что – субкоричневым карликом научное сообщество пока не пришло.
Черный карлик
Черные карлики – остывшие и вследствие этого не излучающие в видимом диапазоне белые карлики. Представляет собой конечную стадию эволюции белых карликов. Массы черных карликов, подобно массам белых карликов, ограничиваются сверху 1,4 массами Солнца.
Двойная звезда – это две гравитационно связанные звезды, обращающиеся вокруг общего центра масс.
Иногда встречаются системы из трех и более звезд, в таком общем случае система называется кратной звездой.
В тех случаях, когда такая звездная система не слишком далеко удалена от Земли, в телескоп удается различить отдельные звезды. Если же расстояние значительное, то понять, что перед астрономами двойная звезда удается только по косвенным признакам – колебаниям блеска, вызываемым периодическими затмениями одной звезды другою и некоторым другим.
Новая звезда
Звезды, светимость которых внезапно увеличивается в 10 000 раз. Новая звезда представляет собой двойную систему, состоящую из белого карлика и звезды-компаньона, находящейся на главной последовательности. В таких системах газ со звезды постепенно перетекает на белый карлик и периодически там взрывается, вызывая вспышку светимости.
Сверхновая звезда
Сверхновая звезда – это звезда, заканчивающая свою эволюцию в катастрофическом взрывном процессе. Вспышка при этом может быть на несколько порядков больше чем в случае новой звезды. Столь мощный взрыв есть следствие процессов, протекающих в звезде на последний стадии эволюции.
Нейтронная звезда
Нейтронные звезды (НЗ) – это звездные образования с массами порядка 1,5 солнечных и размерами, заметно меньшими белых карликов, типичный радиус нейтронной звезды составляет, предположительно, порядка 10-20 километров.
Они состоят в основном из нейтральных субатомных частиц – нейтронов, плотно сжатых гравитационными силами. Плотность таких звезд чрезвычайно высока, она соизмерима, а по некоторым оценкам, может в несколько раз превышать среднюю плотность атомного ядра. Один кубический сантиметр вещества НЗ будет весить сотни миллионов тонн. Сила тяжести на поверхности нейтронной звезды примерно в 100 млрд раз выше, чем на Земле.
В нашей Галактике, по оценкам ученых, могут существовать от 100 млн до 1 млрд нейтронных звёзд, то есть где-то по одной на тысячу обычных звёзд.
Пульсары
Пульсары – космические источники электромагнитных излучений, приходящих на Землю в виде периодических всплесков (импульсов).
Согласно доминирующей астрофизической модели, пульсары представляют собой вращающиеся нейтронные звёзды с магнитным полем, которое наклонено к оси вращения. Когда Земля попадает в конус, образуемый этим излучением, то можно зафиксировать импульс излучения, повторяющийся через промежутки времени, равные периоду обращения звезды. Некоторые нейтронные звёзды совершают до 600 оборотов в секунду.
Цефеиды
Цефеиды – класс пульсирующих переменных звёзд с довольно точной зависимостью период-светимость, названный в честь звезды Дельта Цефея. Одной из наиболее известных цефеид является Полярная звезда.
Приведенный перечень основных видов (типов) звезд с их краткой характеристикой, разумеется, не исчерпывает всего возможного многообразия звезд во Вселенной.