ЗВЕЗДЫ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, КАК ОНИ ОБРАЗОВАНЫ, ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ, СТРОЕНИЕ - НАУКА - 2025

Звезда представляет собой астрономический объект , состоящий из газа, главным образом , водорода и гелия, и выдерживает в равновесном благодаря силе тяжести, который имеет тенденцию сжимать его, и давление газа, который расширяет его.

В этом процессе звезда производит огромное количество энергии из своего ядра, в котором есть термоядерный реактор, который синтезирует гелий и другие элементы из водорода.

Рис. 1. Плеяды в созвездии Тельца, видимые зимой на севере, составляют скопление из примерно 3000 звезд в 400 световых годах от нас. Источник: Wikimedia Commons.

В этих реакциях слияния масса сохраняется не полностью, но небольшая часть превращается в энергию. А поскольку масса звезды огромна, даже если она одна из самых маленьких, то и количество энергии, выделяемой ею в секунду, очень велико.

Характеристики звезд

Основные характеристики звезды:

- Масса : сильно варьируется, от небольшой части массы Солнца до сверхмассивных звезд, масса которых в несколько раз превышает массу Солнца.

- Температура : это тоже переменная величина. В фотосфере, представляющей собой светящуюся поверхность звезды, температура находится в диапазоне 50000–3000 К. В ее центре она достигает миллионов Кельвинов.

- Цвет : тесно связан с температурой и массой. Чем горячее звезда, тем она голубее и, наоборот, чем она холоднее, тем больше она стремится к красному.

- Светимость : зависит от мощности, излучаемой звездой, которая обычно неоднородна. Самые горячие и самые большие звезды - самые яркие.

- Величина : это видимая яркость, которую они имеют при наблюдении с Земли.

- Движение : звезды имеют относительные движения относительно своего поля, а также вращательное движение.

- Возраст : звезды могут быть такими же старыми, как Вселенная - около 13,8 миллиарда лет - и такими же молодыми, как 1 миллиард лет.

Как образуются звезды?

Солнце, одна из миллионов звезд Млечного Пути.

Звезды образуются в результате гравитационного коллапса огромных облаков космического газа и пыли, плотность которых постоянно колеблется. Первичный материал этих облаков - молекулярный водород и гелий, а также следы всех известных на Земле элементов.

Движение частиц, составляющих эту огромную массу, разбросанную в пространстве, носит случайный характер. Но время от времени плотность немного увеличивается в одной точке, вызывая сжатие.

Давление газа имеет тенденцию отменять это сжатие, но гравитационная сила, которая стягивает молекулы вместе, немного выше, потому что частицы расположены ближе друг к другу и, таким образом, противодействуют этому эффекту.

Кроме того, гравитация еще больше увеличивает массу. И при этом температура постепенно повышается.

А теперь представьте себе этот процесс конденсации в большом масштабе и в любое время. Сила тяжести является радиальной, и образованное таким образом облако вещества будет иметь сферическую симметрию. Это называется протозвездой.

Кроме того, это облако вещества не статично, а быстро вращается по мере сжатия материала.

Со временем при очень высокой температуре и огромном давлении сформируется ядро, которое станет термоядерным реактором звезды. Для этого нужна критическая масса, но когда это происходит, звезда достигает равновесия и таким образом начинает, так сказать, свою взрослую жизнь.

Масса и последующая эволюция звезд

Тип реакций, которые могут происходить в ядре, будет зависеть от исходной массы, а вместе с ней и от последующей эволюции звезды.

При массах менее 0,08 массы Солнца - примерно 2 x 10 30 кг - звезда не образуется, так как ядро ​​не загорается. Образованный таким образом объект будет постепенно остывать, и конденсация замедлится, в результате чего появится коричневый карлик.

С другой стороны, если протозвезда слишком массивна, она также не сможет достичь необходимого баланса, чтобы стать звездой, поэтому она сильно схлопнется.

Теория звездообразования путем гравитационного коллапса принадлежит английскому астроному и космологу Джеймсу Джинсу (1877-1946), который также предложил теорию устойчивого состояния Вселенной. Сегодня эта теория, согласно которой материя создается непрерывно, была отвергнута в пользу теории Большого взрыва.

Жизненный цикл звезд

Как объяснялось выше, звезды образуются в результате процесса конденсации туманности, состоящей из газа и космической пыли.

Этот процесс требует времени. По оценкам, это происходит между 10 и 15 миллионами лет, когда звезда приобретает окончательную стабильность. После того, как давление расширяющегося газа и сила сжатия гравитации уравновешивают, звезда входит в то, что называется главной последовательностью.

По своей массе звезда расположена на одной из линий диаграммы Герцшпрунга-Рассела или сокращенно диаграммы HR. На этом графике показаны различные линии звездной эволюции, все они продиктованы массой звезды.

На этом графике звезды ранжированы в соответствии с их светимостью на основе их эффективной температуры, как показано ниже:

Рисунок 2. Диаграмма ЧСС, независимо созданная астрономами Эйнаром Герцшпрунгом и Генри Расселом около 1910 года. Источник: Wikimedia Commons. КОТОРЫЙ .

Линии звездной эволюции

Основная последовательность - это примерно диагональная область, проходящая через центр диаграммы. Туда в какой-то момент входят новообразованные звезды в соответствии с их массой.

Самые горячие, яркие и самые массивные звезды находятся вверху и слева, а самые холодные и самые маленькие звезды - внизу справа.

Как уже неоднократно говорилось, масса - это параметр, который определяет звездную эволюцию. Действительно, очень массивные звезды расходуют свое топливо быстро, в то время как маленькие холодные звезды, такие как красные карлики, расходуют его медленнее.

Рисунок 3. Сравнение размеров планет (1 и 2) и звезд (3,4,5 и 6). Источник: Wikimedia Commons. Дэйв Джарвис (https://dave.autonoma.ca/).

Для человека красные карлики практически вечны, ни один известный красный карлик еще не умер.

Рядом с главной последовательностью находятся звезды, которые в результате своей эволюции переместились на другие линии. Таким образом, вверху находятся звезды-гиганты и сверхгиганты, а внизу - белые карлики.

Спектральные типы

То, что приходит к нам от далеких звезд, - это их свет, и на основе его анализа получается много информации о природе звезды. Внизу диаграммы ЧСС находится ряд букв, обозначающих наиболее распространенные спектральные типы:

OBAFGKM

Звезды с самой высокой температурой - это O, а самые холодные - это класс M. В свою очередь, каждая из этих категорий разделена на десять различных подтипов, различающихся числом от 0 до 9. Например, F5, промежуточная звезда между F0 и G0.

Классификация Моргана Кинана добавляет к спектральному классу светимость звезды с римскими цифрами от I до V. Таким образом, наше Солнце является звездой типа G2V. Следует отметить, что учитывая большую изменчивость звезд, для них существуют и другие классификации.

Каждый спектральный класс имеет видимый цвет в соответствии с диаграммой HR на рисунке. Это приблизительный цвет, который наблюдатель без инструментов или, самое большее, бинокля увидел бы в очень темную и ясную ночь.

Вот краткое описание его характеристик по классическим спектральным классам:

Тип O

Это голубые звезды с фиолетовыми оттенками. Они находятся в верхнем левом углу диаграммы HR, то есть они большие и яркие, а также имеют высокие температуры поверхности, от 40000 до 20000 К.

Примерами звезд этого типа являются Альнитак А из пояса созвездия Ориона, видимые в северные зимние ночи, и Сигма-Орион в том же созвездии.

Рисунок 4. Три звезды Пояса Ориона. Слева направо Альнитак, Альнилам и Минтака. Кроме того, рядом с Альнитаком - туманности Пламя и Конская Голова. Источник: Wikimedia Commons.

Тип B

Их легко увидеть невооруженным глазом. Его цвет бело-голубой, температура поверхности составляет 10-7000 К. Сириус А, двойная звезда в созвездии Большого Пса, является звездой типа А, как и Денеб, самая яркая звезда в Лебеде.

Тип F

Они выглядят белыми, склонными к желтому, температура поверхности даже ниже, чем у предыдущего типа: от 7000 до 6000 К. К этой категории принадлежит полярная звезда Полярная из созвездия Малой Медведицы, а также самая яркая звезда Канопус. созвездия Киля, видимого далеко на юге северного полушария северной зимой.

Тип G

Они желтые, и их температура колеблется от 6000 до 4800 К. Наше Солнце попадает в эту категорию.

Тип К

В принципе, узнать внутреннее строение звезды непросто, так как большинство из них - очень далекие объекты.

Благодаря изучению Солнца, ближайшей звезды, мы знаем, что большинство звезд состоит из газовых слоев со сферической симметрией, в центре которых находится ядро, в котором происходит синтез. Это занимает более или менее 15% от общего объема звезды.

Ядро окружает слой, похожий на мантию или оболочку, и, наконец, есть атмосфера звезды, поверхность которой считается ее внешней границей. Природа этих слоев меняется со временем и эволюцией звезды.

В некоторых случаях, когда заканчивается водород, ее основное ядерное топливо, звезда разбухает, а затем изгоняет свои внешние слои в космос, образуя так называемую планетарную туманность, в центре которой остается голое ядро. , в дальнейшем известный как белый карлик.

Именно в оболочке звезды происходит перенос энергии от ядра к внешним слоям.

Рис. 5. Слои Солнца, самой изученной звезды из всех. Источник: Wikimedia Commons.

Типы звезд

В разделе, посвященном спектральным классам, известные в настоящее время типы звезд были упомянуты очень широко. Это с точки зрения характеристик, обнаруженных в результате анализа света.

Но на протяжении своей эволюции большинство звезд путешествуют по главной последовательности, а также покидают ее, оказываясь в других ветвях. Только красные карлики остаются в главной последовательности на всю свою жизнь.

Часто упоминаются и другие типы звезд, которые мы кратко опишем:

Карликовые звезды

Этот термин используется для описания очень разных типов звезд, которые, с другой стороны, имеют общий небольшой размер. Некоторые звезды образуются с очень низкой массой, но другие, которые родились с гораздо большей массой, вместо этого становятся карликами в течение своей жизни.

На самом деле карликовые звезды - это самый распространенный вид звезд во Вселенной, поэтому стоит немного остановиться на их характеристиках:

Коричневые карлики

Это протозвезды, массы которых было недостаточно для запуска ядерного реактора, который продвигает звезду к главной последовательности. Их можно рассматривать как нечто среднее между планетой-гигантом, такой как Юпитер, и звездой красного карлика.

Поскольку у них нет стабильного источника энергии, им суждено медленно остывать. Примером коричневого карлика является Лухман 16 в созвездии Вела. Но это не мешает планетам вращаться вокруг них, поскольку некоторые из них уже открыты.

Красные карлики

Рис. 6. Сравнительный размер Солнца, красного карлика Gliese 229A, коричневых карликов Teide 1 и Gliese 229 B и планеты Юпитер. Источник: НАСА через Wikimedia Commons.

Их масса невелика, меньше, чем у Солнца, но их жизнь проходит в главной последовательности, потому что они тщательно расходуют свое топливо. По этой причине они также более холодные, но это самый распространенный тип звезд, а также самый длинный из всех.

Белые карлики

Это остаток звезды, которая покинула главную последовательность, когда закончилось топливо в ее ядре, и раздувалась, пока не превратилась в красного гиганта. После этого звезда сбрасывает свои внешние слои, уменьшая свой размер и оставляя только ядро, которым является белый карлик.

Стадия белого карлика - это только одна фаза в эволюции всех звезд, которые не являются ни красными карликами, ни голубыми гигантами. Последние, будучи такими массивными, обычно заканчивают свою жизнь колоссальными взрывами, которые называются новыми или сверхновыми.

Звезда IK Pegasi является примером белого карлика, судьба, которая может ожидать наше Солнце через многие миллионы лет.

Голубые карлики

Это гипотетические звезды, то есть их существование еще не доказано. Но считается, что красные карлики в конечном итоге превращаются в голубых карликов, когда у них заканчивается топливо.

Черные карлики

Это древние белые карлики, которые полностью остыли и больше не излучают свет.

Желтые и оранжевые карлики

Так иногда называют звезды с массой, сравнимой с массой Солнца или меньшей, но большей по размеру и температуре, чем красные карлики.

Нейтронные звезды

Это последний этап жизни звезды-сверхгиганта, когда она уже израсходовала свое ядерное топливо и переживает взрыв сверхновой. Из-за взрыва ядро ​​остаточной звезды становится невероятно компактным до такой степени, что электроны и протоны сливаются, превращаясь в нейтроны.

Нейтронная звезда настолько плотна, но настолько плотна, что может содержать в два раза большую массу Солнца в сфере диаметром около 10 км. Поскольку его радиус сильно уменьшился, сохранение момента количества движения требует большей скорости вращения.

Из-за своего размера они обнаруживаются интенсивным излучением, которое они излучают в форме луча, который быстро вращается рядом со звездой, образуя так называемый пульсар.

Примеры звезд

Хотя у звезд есть общие характеристики, как и у живых существ, вариативность огромна. Как было замечено, есть звезды-гиганты и сверхгиганты, карлики, нейтроны, переменные, огромной массы, огромных размеров, более близкие и более далекие:

-Самая яркая звезда на ночном небе - Сириус в созвездии Большого Пса.

Рис. 7. Сириус в созвездии Большого Пса на расстоянии около 8 световых лет - самая яркая звезда на ночном небе. Источник: Pixabay.

-Проксима Центавра - ближайшая звезда к Солнцу.

-Быть самой яркой звездой не означает быть самой яркой, потому что расстояние имеет большое значение. Самая яркая известная звезда также является самой массивной: R136a1, принадлежащая Большому Магелланову Облаку.

-Масса R136a1 в 265 раз больше массы Солнца.

- Звезда с наибольшей массой не всегда является самой большой. Самая большая звезда на сегодняшний день - UY Scuti в созвездии Щита. Его радиус примерно в 1708 раз больше, чем радиус Солнца (радиус Солнца 6,96 х 108 метров).

-Самая быстрая звезда до сих пор была US 708, которая движется со скоростью 1200 км / с, но недавно была обнаружена другая звезда, которая превосходит ее: S5-HVS1 из созвездия Журавля со скоростью 1700 км / с. Считается, что виновником является сверхмассивная черная дыра Стрелец А в центре Млечного Пути.

Ссылки

1. Кэрролл Б. Введение в современную астрофизику. Второй. Издание. Пирсон.
2. Коста, С. Сбежавшая звезда, выброшенная из тьмы галактического сердца. Получено с: aaa.org.uy.
3. Диас-Хименес, Э. 2014. Основные заметки по астрономии. Издано Кордовским университетом, Аргентина.
4. Ящек, С. 1983. Астрофизика, опубликовано ОАГ.
5. Мартинес, Д. Звездная эволюция. Vaeliada. Получено из: Google Книги.
6. Остер, Л. 1984. Современная астрономия. От редакции Reverté.
7. Испанское астрономическое общество. 2009. 100 астрономических концепций. Edycom SL
8. НАУ. Астрономия высоких энергий. Нейтронные звезды. Получено с: astroscu.unam.mx.
9. Wikipedia. Звездная классификация. Получено с: es.wikipedia.org.
10. Wikipedia. Star. Получено с: es.wikipedia.org.