Астрофизика на сайте Игоря Гаршина. Классификация и эволюция звезд

Астрофизика и эволюция звезд

Главная > Естественные науки > Астрономия > Астрофизика

Звезда и её поле
Все, что существует на свете, когда-то было мечтой. (Карл Сендберг)

Если звёзды светят - значит это кому-то нужно. (Владимир Маяковский)

Разделы страницы о типах и эволюции звёзд:

Смотрите также страницу о космологии и физике мегамира.


Типы звёзд - этапы звёздной эволюции

Индикатором температуры фотосферы служит её цвет. Горячие звезды спектральных классов О и В имеют голубой цвет, звезды, похожие на Солнце, выглядят желтыми, а звезды спектральных классов К и М представляются красными. Спектральных классов семь: О, В, А, Ф, Ж, К, М. Спектр звезд хорошо описывается формулой Планка с соответствующим значением температуры.

В зависимости от спектрального класса температура плавно меняется от 50–40 тыс. К для звезд класса О и до 3 тыс. К для звезд класса М. Указание спектрального класса звезды аналогично указанию температуры её поверхности. Зная температуру (по спектральному классу) и светимость, можно оценить радиус звезды. Звезды различных спектральных классов вращаются с разной скоростью.

Звёзды массы порядка солнечной по мере исчерпаия запаса водорода разбухают и переходят в категорию красных гигантов, после чего их гелиевое ядро при сжатии разогревается и начинается горение гелия. Через некоторое время звезда сбрасывает оболочку, образуя планетарную туманность, а потом переходит в категорию белых карликов и далее остывает.

Эволюция звёзд

В  соответствии с этим "кругом жизни" звёзды делятся на следующие типы:

  1. Звёзды Главной последовательности
  2. Красные гиганты
  3. Голубые гиганты
  4. Сверхновые звёзды
  5. Нейтронные звёзды
  6. Белые карлики
  7. Красные карлики
  8. Коричневые карлики ("недозвёзды")
  • .

Зарождение звёзд и протозвёзды

Интересное мнение нашел в сети. "Расширяющиеся и удаляющиеся от центра галактики «рукава галактики» указывают на то, что выброшенные из центра галактики звёзды движутся не только за счёт сил, обеспечивающих их орбитальное и вращательное движение, но и за счёт реактивной результирующей силы, возникающей из-за выделения каждой из звёзд энергии от сжигания топлива, от окисления веществ звезды. Такой «рукав галактики» фактически является тепловым следом полёта звёзд."

Протозвезды – начальный этап эволюции всех звезд, характерной чертой которого является реакция термоядерного синтеза ядер гелия из ядер дейтерия (состоящих из протона и одного нейтрона), а не из ядер водорода, как в обычных звездах. Являются мощными источниками инфракрасного излучения.

Учёные нашли в созвездии Жертвенника рекордно малую звезду, вспыхнувшую в нашей Галактике примерно 13,5 миллиарда лет назад, меньше чем через полмиллиарда лет после Большого Взрыва.

Звёзды-гиганты

Красные гиганты

Звезды более массивные, чем Солнце, образуют Красные сверхгиганты. Для них открываются другие пути эволюции. Оценки, сделанные по идеализированной модели без учета вращения звезды и потери её массы на излучение, показали, что если масса звезды находится в интервале значений 1,2 Мс< М < 2,5 Мс, то давление вырожденного электронного газа в протон-электронной плазме не сможет удержать гравитационное сжатие на «уровне» Белого карлика. Электроны будут «впрессованы» в протоны, и появится нейтронный газ чрезвычайно высокой плотности. В этом случае формируется нейтронная звезда. Радиус нейтронных звезд имеет порядок 10 км при плотности вещества порядка 1011 кг/см3.

Красные гиганты-гибриды

Объекты Торна-Житков являются гибридами красных сверхгигантов и нейтронных звезд, которые внешне напоминают обычных красных сверхгигантов, таких как Бетельгейзе в созвездии Ориона. Однако они отличаются по химическому составу, который является результатом уникальных процессов в недрах самих звезд. Полагают, что эти объекты образуются в результате взаимодействия двух массивных светил – красного сверхгиганта и нейтронной звезды, сформировавшейся в результате взрыва сверхновой. По-видимому, в ходе эволюционного взаимодействия двух звезд более массивный красный сверхгигант поглощает нейтронную звезду, которая по спирали приближается к ядру красного сверхгиганта.

Голубые гиганты

Сверхновые звёзды

Эти звёзды характерны тем, что их яркость при вспышке увеличивается всего лишь за несколько суток на грандиозную величину и сравнима по силе со всеми остальными звёздами данной галактики. На этой стадии массивная звезда взрывом заканчивает свою эволюцию. Происходит сброс разреженной стремительно расширяющейся оболочки, а в центре остаётся сколлапсировавшееся (схлопнувшееся), исключительно плотное тело в виде нейтронной быстро вращающейся звезды — пульсара, либо даже «чёрной дыры». Эти взрывы служат основным поставщиком самых различных химических элементов и именно — тяжёлых, однако, до конца феномен сверхновой не разгадан. Ясно, что при вспышке выделяется колоссальное количество энергии, которая уносится нейтринным, электромагнитным, гравитационным и другими видами излучений.

Вспышки сверхновых звёзд в нашей Галактике сравнительно редкое событие. Считается, что одна вспышка в галактике случается в среднем примерно за 50—300 лет; 30 лет — нижний предел. В окрестностях Солнца сверхновые не взрывались давно — со времён Кеплера.

Наблюдения звездочетов за сверхновыми

На левой иллюстрации представлены наблюдения звездочетов за сверхновыми.

В 1998 году был открыт наложившийся на остаток сверхновой в Парусе ещё один остаток сверхновой, получивший обозначение RX J0852.0-4622[16]. Независимо от этого были обнаружены исходящие из этого участка неба гамма-лучи, являющиеся продуктом распада титана-44 (период полураспада примерно 60 лет)[17], указывающие, что вспышка должна была состояться относительно недавно (около 1200 года нашей эры), однако исторические свидетельства отсутствуют. Интенсивность потока гамма- и рентгеновских лучей указывают на то, что сверхновая вспыхнула относительно недалеко от Земли (200 парсек или 660 световых лет). [Не исключено, что эта вспышка произошла в невидимом для человеческого глаза диапазоне (в ультрафиолете)]

Звёзды-карлики

Нейтронные звёзды

Нейтронная звезда

Нейтронная звезда – конечный продукт вспышки сверхновой звезды, если в исходном состоянии ее масса не превышала 2,5 масс Солнца. При образовании нейтронной звезды гравитационные силы, образно говоря, впрессовывают электроны в протоны, превращая их в электрически нейтральные частицы. Обладает сильным магнитным полем и обнаруживает себя по мощному импульсному радиоизлучению в качестве пульсара.

Нейтронные звезды - один из конечных продуктов своей звёздной эволюции, которые состоят из нейтронной сердцевины и тонкой коры вырожденного вещества с преобладанием ядер железа и никеля. Характерные признаки — это малый размер (20-30 км в диаметре) при высокой средней плотности и огромной массе. Массы большинства известных нейтронных звезд близки к 1,44 массы Солнца, что равно значению предела Чандрасекара. Они испускают радиоимпульсы и быстро вращаются вокруг собственной оси.

Американские астрономы открыли самую тяжелую из нейтронных звезд. Астрономическое тело, названное PSR J1614-2230, расположено примерно в 3000 световых лет от Земли и достигает всего 19,3 километра в диаметре. При этом масса нейтронной звезды эквивалентна 1,97 массы Солнца.

Финские астрофизики из Хельсинского университета доказали наличие экзотического кваркового вещества в ядрах крупнейших нейтронных звезд (Nature Physics). Внутри нейтронных звезд материя коллапсирует в чрезвычайно плотное вещество, так что нейтроны и протоны образуют по сути гигантское атомное ядро. Однако до сих пор было не ясно, разрушается ли это вещество в недрах самых массивных нейтронных звезд, образуя еще более аномальную кварковую материю. Согласно выводам ученых, внутри таких объектов действительно присутствуют кварковые ядра. Диаметр кваркового ядра может превышать половину диаметра нейтронной звезды, составляющего более 20 км. Существует ненулевая вероятность того, что все нейтронные звезды состоят из ядерной материи, однако в этом случае ее поведение было бы своеобразным, например, скорость звука в ней достигала бы скорости света. Наблюдение гравитационных волн осенью 2017 г. установило верхний предел для радиусов сталкивающихся нейтронных звезд, который оказался примерно 13 км.

Белые карлики

Белый карлик – это звезды с массами порядка массы Солнца и радиусами примерно в сто раз меньшими солнечного. Отличаются высокой плотностью протонэлектронной плазмы, в которой электронный компонент находится в вырожденном квантовом состоянии, препятствующем сжатию звезды. Многие белые карлики находятся в центрах планетарных туманностей.

Красные карлики

Маленькие красные карлики встречаются гораздо чаще всех остальных типов звезд. Красными карликами в нашей галактике являются 2/3 всех звезд. У более старых галактик их даже больше. Считается даже, что они составляют, по меньшей мере, 3/4 звёзд во Вселенной. И, практически, все красные карлики имеют планеты.

Коричневые карлики - субзвёзды ("недозвёзды")

Коричневый карлик

Коричневые карлики (также - бурые карлики, субзвёзды) – связующее звено между массивными планетами и малыми звездами. Это "неудавшиеся" звезды с массами, приблизительно в 15-70 раз превышающими массу Юпитера. В них происходят такие же термоядерные реакции, как и в звездах, но во время таких реакций коричневые карлики не выделяют большого количества тепла. Когда легкие элементы в их ядрах исчерпываются, коричневые карлики быстро остывают и становятся похожими на планеты. Их можно было бы также назвать «планетами-переростками», или просто «сверхпланетами».

Поскольку у этих звёзд недостаточное свечение, то телескопы, работающие в видимом диапазоне, не в состоянии их разглядеть. В нашей Галактике существует как минимум 25 миллиардов бурых карликов. Скорее всего, количество субзвезд в Млечном Пути может доходить до сотни миллиардов. Вычисления показывают, что на 2-3 звезды других классов приходится как минимум 1 коричневый карлик.

Весь Млечный Путь может содержать по примерным оценкам до 400 миллиардов звезд, поэтому количество коричневых карликов (100-200) одновременно впечатляет и разочаровывает. Дело в том, что бурые карлики недостаточно стабильны для поддержания среды, которую принято называть обитаемой зоной.

Скорость ветров, бушующих на коричневых карликах, составляет примерно 2,3 тысячи километра в час. Это больше, чем на газовых гигантах: к примеру, средняя скорость ветров на экваторе Юпитера составляет 370 километров в час. А вот на коричневом карлике MASS J10475385 + 2124234, удалённого от Земли на расстояние около 34,5 световых лет, ветры дуют со скоростью до 650 метров в секунду.

Класс Y – самый холодный класс коричневых карликов, температура его представителей ниже условной границы 226 °C, но они всё же испускают слабое инфракрасное излучение.

Другие виды карликовых звёзд (микрозвёзд)

Серые и черные дыры

Чёрные дыры

Существование черных дыр было предсказано более общими научными теориями (впервые — еще в конце XVIII века) и с тех пор многократно подтверждено расчетами. Но «вещественных доказательств» у ученых не было — а теперь есть.

Литература по астрофизике

Библиография трудов о космических излучениях, влияющих на климат, массовые вымирания и эволюцию жизни на Земле.

Иностранная периодика по астрофизике

Зарубежные статьи по астрофизике


Главная
Астрономия: Астрофизика | Космология | Уранография | Галактики | Звёзды | Солнечная система | Иноразум | Экзобиология | Уфология | Космонавтика
Близкие по теме страницы: Мегамир | Микромир | Астрология | Календари |
Другие полезные страницы: Эвристика и авторство | Гранты | Диссертантам | Академкнига
На правах рекламы (см. условия):    


© «Сайт Игоря Гаршина», 2002, 2005. Пишите письма (Письмо И.Гаршину).
Страница обновлена 15.06.2020
Яндекс.Метрика