КРАСНЫЙ КАРЛИК: ОТКРЫТИЕ, ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЭВОЛЮЦИЯ, СОСТАВ - ARTE - 2025

Красный карлик маленькие, холодные звезды, масса которых составляет от 0,08 до 0,8 раза больше массы Солнца Они являются наиболее распространенной и дольше жили звездой во Вселенной: до трех четвертей всех известных до сих пор. Из-за их низкой светимости они не наблюдаются невооруженным глазом, несмотря на то, что их много в окрестностях Солнца: из 30 близлежащих звезд 20 являются красными карликами.

Наиболее примечательна своей близостью к нам - Проксима Центавра в созвездии Центавра, находящаяся на расстоянии 4,2 световых лет от нас. Он был открыт в 1915 году шотландским астрономом Робертом Иннесом (1861-1933).

Рис. 1. Красный карлик Проксима Центавра является частью звездной системы Альфа Центавра в созвездии Центавра. Источник: ЕКА / Хаббл и НАСА через Wikimedia Commons.

Однако до открытия Проксимы Центавра телескоп французского астронома Жозефа де Лаланда (1732–1802) уже нашел красный карлик Лаланд 21185 в созвездии Большой Медведицы.

Термин «красный карлик» используется для обозначения различных классов звезд, в том числе звезд со спектральными классами K и M, а также коричневых карликов, звезд, которые на самом деле не таковы, потому что у них никогда не было достаточно массы для запуска своего реактора. внутренний.

Спектральные классы соответствуют температуре поверхности звезды, и ее свет распадается на серию очень характерных линий.

Например, спектральный класс K имеет температуру от 5000 до 3500 K и соответствует желто-оранжевым звездам, тогда как температура типа M меньше 3500 K, и это красные звезды.

Наше Солнце относится к спектральному классу G, желтого цвета и имеет температуру поверхности от 5000 до 6000 К. Звезды с определенным спектральным классом имеют много общих характеристик, наиболее определяющей из которых является масса. В зависимости от массы звезды будет зависеть и ее эволюция.

Характеристики красных карликов

Красные карлики обладают определенными характеристиками, которые их отличают. О некоторых мы уже упоминали в начале:

-Маленький размер.

-Низкая температура поверхности.

-Низкая скорость горения материала.

-Низкая яркость.

масса

Как мы уже сказали, масса - это главный атрибут, определяющий категорию, которой достигает звезда. Красных карликов так много, потому что образуется больше маломассивных звезд, чем массивных.

Но любопытно, что образование звезд с малой массой занимает больше времени, чем у очень массивных звезд. Они растут намного быстрее, потому что сила тяжести, уплотняющая материю в центре, тем больше, чем больше масса.

И мы знаем, что для того, чтобы температура была подходящей, чтобы инициировать реакции синтеза, требуется определенное количество критической массы. Так звезда начинает взрослую жизнь.

На формирование Солнца потребовались десятки миллионов лет, но для звезды, которая в 5 раз больше, требуется менее миллиона лет, в то время как самые массивные звезды могут начать светить сотнями тысяч.

температура

Как уже упоминалось, температура поверхности - еще одна важная характеристика, определяющая красных карликов. Оно должно быть меньше 5000К, но не меньше 2000К, иначе это слишком круто, чтобы быть настоящей звездой.

Звездные объекты с температурой ниже 2000 К не могут иметь ядер слияния и являются абортированными звездами, которые никогда не достигли критической массы: коричневые карлики.

Более глубокий анализ спектральных линий может гарантировать разницу между красным карликом и коричневым карликом. Например, наличие лития предполагает, что это красный карлик, но если это метан или аммиак, это, вероятно, коричневый карлик.

Спектральные типы и диаграмма Герцшпрунга-Рассела

Диаграмма Герцшпрунга-Рассела (диаграмма HR) - это график, который показывает характеристики и эволюцию звезды в соответствии с ее спектральными характеристиками. Это включает в себя температуру поверхности, которая, как мы уже сказали, является определяющим фактором, а также ее светимость.

Переменные, составляющие график, - это яркость по вертикальной оси и эффективная температура по горизонтальной оси. Он был создан независимо в начале 1900-х астрономами Эйнаром Герцшпрунгом и Генри Расселом.

Рисунок 2. HR-диаграмма, показывающая красных карликов в главной последовательности в правом нижнем углу. Источник: Wikimedia Commons. КОТОРЫЙ .

По своему спектру звезды сгруппированы согласно Гарвардской спектральной классификации, с указанием температуры звезды в следующей последовательности букв:

OBAFGKM

Мы начинаем с самых горячих звезд типа O, а самые холодные - с типа M. На рисунке спектральные типы находятся в нижней части графика, на синей полосе слева до достижения точки красный справа.

Внутри каждого типа есть вариации, поскольку спектральные линии имеют разную интенсивность, каждый тип делится на 10 подкатегорий, обозначаемых числами от 0 до 9. Чем меньше число, тем горячее звезда. Например, Солнце имеет тип G2, а Проксима Центавра - M6.

Центральная область графика, которая проходит примерно по диагонали, называется главной последовательностью. Большинство звезд есть, но их эволюция может привести к тому, что они уйдут и поместят себя в другие категории, такие как красный гигант или белый карлик. Все зависит от массы звезды.

Жизнь красных карликов всегда протекает в главной последовательности, и что касается спектрального класса, не все карлики M-класса являются красными карликами, хотя большинство таковых. Но в этом классе есть также звезды-сверхгиганты, такие как Бетельгейзе и Антарес (вверху справа на диаграмме HR).

эволюция

Жизнь любой звезды начинается с коллапса межзвездного вещества под действием гравитации. По мере того, как вещество агглютинирует, оно вращается все быстрее и быстрее и превращается в диск благодаря сохранению углового момента. В центре - протозвезда, так сказать зародыш будущей звезды.

Со временем температура и плотность увеличиваются до тех пор, пока не будет достигнута критическая масса, при которой термоядерный реактор начинает свою работу. Это источник энергии звезды в свое время, и для него требуется внутренняя температура около 8 миллионов К.

Воспламенение в ядре стабилизирует звезду, потому что оно компенсирует гравитационную силу, приводя к гидростатическому равновесию. Для этого требуется масса от 0,01 до 100 масс Солнца. Если масса больше, перегрев вызовет катастрофу, которая уничтожит протозвезду.

Рис. 3. В красном карлике синтез водорода в ядре уравновешивает силу тяжести. Источник: Ф. Сапата.

После запуска термоядерного реактора и достижения равновесия звезды попадают в главную последовательность диаграммы HR. Красные карлики излучают энергию очень медленно, поэтому их запас водорода длится долгое время. Красный карлик излучает энергию через механизм конвекции.

Превращение водорода в гелий с выработкой энергии осуществляется в красных карликах протон-протонными цепочками, последовательностью, в которой один ион водорода сливается с другим. Температура сильно влияет на то, как происходит это плавление.

Как только водород исчерпан, реактор звезды перестает работать и начинается медленный процесс охлаждения.

Протон-протонная цепь

Эта реакция очень часто встречается у звезд, только что присоединившихся к главной последовательности, а также у красных карликов. Начинается это так:

¹ ₁ H + ¹ ₁ H → ² ₁ H + e ⁺ + ν

Где e ⁺ - позитрон, идентичный электрону во всем, за исключением того, что его заряд положительный, а ν - нейтрино, легкая и неуловимая частица. Со своей стороны ² ₁ H - это дейтерий или тяжелый водород.

Потом бывает:

¹ ₁ H + ² ₁ H → ³ ₂ He + γ

Во втором случае γ символизирует фотон. Обе реакции происходят дважды, что приводит к:

³ ₂ He + ³ ₂ He → ⁴ ₂ He + 2 ( ¹ ₁ H)

Как звезда генерирует энергию, делая это? Что ж, есть небольшая разница в массе реакций, небольшая потеря массы, которая преобразуется в энергию согласно знаменитому уравнению Эйнштейна:

E = mc ²

Поскольку эта реакция происходит бесчисленное количество раз с участием огромного количества частиц, получаемая энергия огромна. Но это не единственная реакция, которая происходит внутри звезды, хотя она наиболее часта у красных карликов.

Время жизни звезды

Продолжительность жизни звезды также зависит от ее массы. Следующее уравнение является оценкой того времени:

Т = М ^-2,5

Здесь T - время, M - масса. Использование заглавных букв уместно из-за времени и огромной массы.

Такая звезда, как Солнце, живет около 10 миллиардов лет, но звезда, в 30 раз превышающая массу Солнца, живет 30 миллионов лет, а другая, даже более массивная, может жить около 2 миллионов лет. В любом случае для людей это вечность.

Красные карлики живут намного дольше, благодаря скупости, с которой они расходуют свое ядерное топливо. С точки зрения времени, каким мы его ощущаем, красный карлик существует вечно, потому что время, необходимое для истощения водорода из ядра, превышает предполагаемый возраст Вселенной.

Красные карлики еще не умерли, поэтому все, что можно предположить о том, как долго они живут и каков будет их конец, связано с компьютерным моделированием моделей, созданных на основе имеющейся у нас информации о них.

Согласно этим моделям, ученые предсказывают, что когда у красного карлика заканчивается водород, он превращается в синего карлика.

Никто никогда не видел звезд такого типа, но по мере того, как водород стирается, красный карлик не расширяется в звезду красного гиганта, как наше Солнце однажды. Он просто увеличивает свою радиоактивность, а вместе с ней и температуру поверхности, становясь синей.

Состав красных карликов

Состав звезд очень похож, по большей части это огромные шары из водорода и гелия. Они сохраняют некоторые элементы, которые присутствовали в газе и пыли, которые их породили, поэтому они также содержат следы элементов, которые помогли создать предыдущие звезды.

По этой причине состав красных карликов подобен составу Солнца, хотя спектральные линии существенно различаются из-за температуры. Поэтому, если у звезды слабые водородные линии, это не значит, что ей не хватает этого элемента.

В красных карликах есть следы других более тяжелых элементов, которые астрономы называют «металлами».

В астрономии это определение не совпадает с тем, что обычно понимается под металлом, поскольку оно используется здесь для обозначения любого элемента, кроме водорода и гелия.

Повышение квалификации

Процесс звездообразования сложен и зависит от множества переменных. Об этом процессе еще многое неизвестно, но считается, что он одинаков для всех звезд, как описано в предыдущих разделах.

Фактором, который определяет размер и цвет звезды, связанный с ее температурой, является количество вещества, которое ей удается добавить благодаря силе тяжести.

Вопрос, который беспокоит астрономов и который еще предстоит выяснить, - это тот факт, что красные карлики содержат элементы тяжелее водорода, гелия и лития.

С одной стороны, теория Большого взрыва предсказывает, что первые сформированные звезды должны состоять только из трех самых легких элементов. Однако в красных карликах обнаружены тяжелые элементы.

И если ни один красный карлик еще не умер, это означает, что первые сформировавшиеся красные карлики все еще должны быть где-то там, все состоящие из легких элементов.

Тогда красные карлики могли образоваться позже, потому что при их создании требуется присутствие тяжелых элементов. Или что есть красные карлики первого поколения, но, поскольку они такие маленькие и с такой низкой светимостью, они еще не открыты.

Примеры красных карликов

Следующий центавриан

Он удален на 4,2 световых года и имеет массу, эквивалентную одной восьмой массы Солнца, но в 40 раз плотнее. Проксима имеет сильное магнитное поле, что делает ее склонной к вспышкам.

У Проксимы также есть по крайней мере одна известная планета: Проксима Центавра b, открытая в 2016 году. Но считается, что она была унесена вспышками, которые часто испускает звезда, поэтому маловероятно, что на ней есть жизнь, по крайней мере, так это мы знаем, поскольку излучение звезды содержит рентгеновские лучи.

Звезда Барнарда

Рисунок 4. Сравнение размеров Солнца, звезды Барнарда и планеты Юпитер. Источник: Wikimedia Commons.

Это очень близкий красный карлик, находящийся на расстоянии 5,9 световых лет от нас, главная характеристика которого - большая скорость, около 90 км / с в направлении Солнца.

Его можно увидеть в телескопы, и, как и Проксима, он также подвержен вспышкам и вспышкам. Недавно была обнаружена планета, вращающаяся вокруг звезды Барнарда.

Teegarden Star

Этот красный карлик массой всего 8% от массы Солнца находится в созвездии Овна и его можно увидеть только в мощный телескоп. Это одна из ближайших звезд на расстоянии около 12 световых лет.

Он был обнаружен в 2002 году, и помимо того, что он имеет собственное замечательное движение, у него, похоже, есть планеты в так называемой обитаемой зоне.

Волк 359

Это переменный красный карлик в созвездии Льва, удаленный от Солнца почти на 8 световых лет. Поскольку это переменная звезда, ее светимость периодически увеличивается, хотя ее вспышки не такие интенсивные, как у Проксимы Центавра.

Ссылки

1. Адамс, Ф. Красные карлики и конец главной последовательности. Получено с: astroscu.unam.mx.
2. Кэрролл Б. Введение в современную астрофизику. Второй. Издание. Пирсон.
3. Космос. Красные карлики. Получено с: astronomy.swin.edu.au.
4. Мартинес, Д. Звездная эволюция. Получено из: Google Книги.
5. Тейлор, Н. Красные карлики: самые обычные и самые долгоживущие звезды. Получено с: space.com.
6. Фракной А. Спектры звезд (и коричневых карликов). Получено с: Phys.libretexts.org.