Эскизы. 43. Зоология звезд (О, будь хорошей девочкой,...)
В этом и нескольких следующих постах будет рассказано о "зоологии" звезд, их жизни, питании, старении, смерти и типах их мумий.
§16. Зоология звезд.
Мы видим звезды точками разной яркости и цвета. И только. Но звезды гораздо разнее, чем мы их видим. И век с небольшим назад Герцшпрунгом и Расселом была нарисована весьма наглядная диаграмма классификации звезд, смысл которой, как и смысл таблицы Менделеева, становится с каждым годом все яснее и яснее. С диаграммы Герцшпрунга-Рассела и начнем знакомство с основами зоологии звезд.
16.1. Диаграмма Герцшпрунга-Рассела.
Рис. 4.1. Диаграмма Герцшпрунга-Рассела (взято из https://college.ru).
Что видно на этой диаграмме? По горизонтали на ней отложена температура поверхности (фотосферы) звезд в градусах Кельвина и соответствующие знаки их классификации (от O до М). Черт знает, кто вводил классификацию звезд такими буквами, но студенты запоминают ее мнемограммой O, Be A Fine Girl, Kiss Me! А по вертикали - светимость звезд в единицах светимости Солнца.
Видно, что интервал температур фотосфер звезд различается немногим более чем на порядок. От 2000-3500°К у красных карликов класса М до порядка 60000 °К у голубых сверхгигантов класса О. Температура фотосферы Солнца около 5800°К, оно - желтый карлик класса G2. Сразу заметим, что светимость звезды, как величина излучаемой с ее поверхности энергии в единицу времени (по сути - "мощность" звезды) пропорциональна квадрату ее радиуса (геометрический фактор) и четвертой степени (!!!!) температуры ее фотосферы:
L ~ R2T4 (16.1)
Весьма наглядно на этой же диаграмме косым пунктиром отмечены линии фиксированных размеров звезд в единицах радиуса Солнца.
16.2. Звезды главной последовательности.
Слева направо и сверху вниз на диаграмме Г-Р видна мощная "река" звезд, называемая главной последовательностью. В ней находятся подавляющее большинство наблюдаемых звезд. В этом же направлении убывает и масса звезд. Так, наиболее яркие О-звезды обладают, как правило, массами во многие десятки масс Солнца Мsun. Тогда как самые тусклые на этой диаграмме М-звезды имеют массы в десятые доли Мsun (вплоть до 0,08 Мsun).
Примерно четверть века назад открыли еще один класс самых тусклых звезд - коричневые карлики. Температура их поверхности меньше 2000 К°, а массы лежат в пределах 0,013-0,08 Мsun. Фактически такие звезды есть переходная форма между звездами и планетами-гигантами. Наш Юпитер имеет массу в 13 раз меньше нижнего предела массы для коричневых карликов, а наше Солнце имеет массу в 12 раз больше верхнего предела массы таких карликов.
16.3. Как долго живут звезды?
Из приведенных выше числовых данных, зависимостей и диаграмм следует, что у самых ярких звезд радиус на порядок-полтора больше, чем у Солнца, а температура фотосфер на порядок больше, чем у Солнца. Следовательно, их светимость на 6-7 порядков больше, чем у Солнца (см. формулу (16.1)). Но их масса всего лишь на два порядка больше, чем у Солнца. А топливо, за счет которого светят звезды, одинаково для всех звезд.
Следовательно, у самых ярких звезд главной последовательности топливо должно заканчиваться за срок примерно на 4-5 порядков более короткий, чем у Солнца.
Так и есть. Продолжительность жизни самых ярких звезд на главной последовательности составляет единицы миллионов лет. Менее яркие живут тем дольше, чем меньше их яркость. Так, расчетная продолжительность жизни Солнца - примерно 10 миллиардов лет. Из которых практически половина уже в прошлом. Продолжительность жизни оранжевых карликов (класс К) сопоставима с возрастом Вселенной, а у красных карликов (класс М) существенно превышает его.
§16. Зоология звезд.
Мы видим звезды точками разной яркости и цвета. И только. Но звезды гораздо разнее, чем мы их видим. И век с небольшим назад Герцшпрунгом и Расселом была нарисована весьма наглядная диаграмма классификации звезд, смысл которой, как и смысл таблицы Менделеева, становится с каждым годом все яснее и яснее. С диаграммы Герцшпрунга-Рассела и начнем знакомство с основами зоологии звезд.
16.1. Диаграмма Герцшпрунга-Рассела.
Рис. 4.1. Диаграмма Герцшпрунга-Рассела (взято из https://college.ru).
Что видно на этой диаграмме? По горизонтали на ней отложена температура поверхности (фотосферы) звезд в градусах Кельвина и соответствующие знаки их классификации (от O до М). Черт знает, кто вводил классификацию звезд такими буквами, но студенты запоминают ее мнемограммой O, Be A Fine Girl, Kiss Me! А по вертикали - светимость звезд в единицах светимости Солнца.
Видно, что интервал температур фотосфер звезд различается немногим более чем на порядок. От 2000-3500°К у красных карликов класса М до порядка 60000 °К у голубых сверхгигантов класса О. Температура фотосферы Солнца около 5800°К, оно - желтый карлик класса G2. Сразу заметим, что светимость звезды, как величина излучаемой с ее поверхности энергии в единицу времени (по сути - "мощность" звезды) пропорциональна квадрату ее радиуса (геометрический фактор) и четвертой степени (!!!!) температуры ее фотосферы:
L ~ R2T4 (16.1)
Весьма наглядно на этой же диаграмме косым пунктиром отмечены линии фиксированных размеров звезд в единицах радиуса Солнца.
16.2. Звезды главной последовательности.
Слева направо и сверху вниз на диаграмме Г-Р видна мощная "река" звезд, называемая главной последовательностью. В ней находятся подавляющее большинство наблюдаемых звезд. В этом же направлении убывает и масса звезд. Так, наиболее яркие О-звезды обладают, как правило, массами во многие десятки масс Солнца Мsun. Тогда как самые тусклые на этой диаграмме М-звезды имеют массы в десятые доли Мsun (вплоть до 0,08 Мsun).
Примерно четверть века назад открыли еще один класс самых тусклых звезд - коричневые карлики. Температура их поверхности меньше 2000 К°, а массы лежат в пределах 0,013-0,08 Мsun. Фактически такие звезды есть переходная форма между звездами и планетами-гигантами. Наш Юпитер имеет массу в 13 раз меньше нижнего предела массы для коричневых карликов, а наше Солнце имеет массу в 12 раз больше верхнего предела массы таких карликов.
16.3. Как долго живут звезды?
Из приведенных выше числовых данных, зависимостей и диаграмм следует, что у самых ярких звезд радиус на порядок-полтора больше, чем у Солнца, а температура фотосфер на порядок больше, чем у Солнца. Следовательно, их светимость на 6-7 порядков больше, чем у Солнца (см. формулу (16.1)). Но их масса всего лишь на два порядка больше, чем у Солнца. А топливо, за счет которого светят звезды, одинаково для всех звезд.
Следовательно, у самых ярких звезд главной последовательности топливо должно заканчиваться за срок примерно на 4-5 порядков более короткий, чем у Солнца.
Так и есть. Продолжительность жизни самых ярких звезд на главной последовательности составляет единицы миллионов лет. Менее яркие живут тем дольше, чем меньше их яркость. Так, расчетная продолжительность жизни Солнца - примерно 10 миллиардов лет. Из которых практически половина уже в прошлом. Продолжительность жизни оранжевых карликов (класс К) сопоставима с возрастом Вселенной, а у красных карликов (класс М) существенно превышает его.