§ 25. Эволюция звёзд
1. По какому принципу строится диаграмма «спектр — светимость» (диаграмма Герцшпрунга — Рессела)?
Существует зависимость между основными физическими характеристиками звёзд. На основе наблюдений определяются спектральные классы звёзд, а по известному расстоянию — абсолютные звёздные величины, или светимости звёзд.
В начале ХХ в. независимо друг от друга датский астроном Эйнар Герцшпрунг и американский астрофизик Генри Рессел установили связь между этими характеристиками. Данную зависимость можно представить в виде диаграммы: по горизонтальной оси откладывается спектральный класс (или температура) звёзд, а по вертикальной — их светимость (в абсолютных величинах). Каждой звезде соответствует точка на этой диаграмме. Такая диаграмма называется диаграммой Герцшпрунга — Рессела или диаграммой «спектр — светимость»
2. Как на диаграмме «спектр — светимость» располагаются звёзды различного размера?
В верхней части диаграммы «спектр — светимость» располагается последовательность сверхгигантов, которые имеют очень высокую светимость, низкую плотность. Диаметры таких звёзд значительно превышают диаметр Солнца.
В левой нижней части диаграммы располагается последовательность белых карликов. Это горячие звёзды со слабой светимостью, которые имеют размеры, приблизительно равные размерам Земли, и массы близки к массе Солнца.
3. Дайте краткую характеристику звездам: сверхгигантам, красным гигантам, белым карликам, красным карликам.
Сверхгиганты — это горячие звёзды, чья масса намного превышает солнечную. Температура и давление в недрах выше, чем у звёзд более поздних спектральных классов. Имеет ускоренное выделение термоядерной энергии. Светимость у них больше, и эволюционировать они должны быстрее.
Красные гиганты имеют массы ненамного превосходящие солнечную (1.3 раза), радиусы у таких звёзд больше приблизительно в 20 раз, светимость — в 220 раз. Эти звёзды имеют неоднородную структуру. По мере выгорания водорода внутри звезды образуется гелиевое ядро, а оболочка разрастается.
Белый карлик — звезда небольших размеров с массой, равной примерно массе Солнца, имеет радиус примерно в 100 раз меньше Солнца. Плотность таких звёз в 100 тыс. раз выше плотности воды.
Красные карлики — звёзды с массой, меньшей, чем у Солнца. Звёзды остаются полностью конвективными всегда, если их масса не превышает 0.3 массы Солнца. Не имеют лучистого ядро. Температура в центре таких звёзд мала для того, чтобы полностью работал протон-протонный цикл. Он обрывается на образовании изотопа $^3\mathrm{Не},$ а сам $^4\mathrm{Не}$ уже не синтезируется.
4. Что понимают под эволюцией звёзд?
Эволюция звёзд — постепенное изменение с течением времени физических характеристик, внутреннего строения и химического состава.
5. Опишите в общих чертах процесс образования звёзд.
Звёзды образуются в результате сжатия вещества межзвёздной среды. Звёзды рождаются группами из гигантских газопылевых комплексов размерами до 100 пк и массой в десятки, а иногда и сотни тысяч солнечных масс. Газ в этих комплексах находится в молекулярном состоянии с температурой около 10 К.
В газопылевом облаке случайно или под действием внешних причин возникают гравитационно-неустойчивые фрагменты, которые продолжают сжиматься. Также запустить процесс образования могут столкновения молекулярных облаков; звёздный ветер от молодых горячих звёзд; ударные волны, порождённые вспышками сверхновых звёзд.
Формирующаяся звезда в конце стадии сжатия имеет довольно большие размеры при ещё относительно низкой температуре поверхности. Сжатие протозвезды прекращается при достижении температуры в центре ядра до нескольких миллионов градусов, после чего включаются термоядерные источники энергии, реакции протон-протонного цикла. Звезда считается рождённой в момент начала термоядерных реакций в ней. После начала водородных реакций и установления равновесного состояния звезда попадает на главную последовательность диаграммы «спектр-светимость».
6. Что понимают под классами светимости?
Классы светимости — звёздные группы, учитывающие особенности спектральных линий и светимость звёзд.