Звезды – это шары раскаленной плазмы, способные светить миллиарды лет, обладающие огромной массой и дающие тепло планетам. В непосредственной близости звезды крайне опасны, но к счастью для землян, наша звезда Солнце находится в идеальной позиции относительно планеты Земля. Если бы Солнце было дальше, мы бы замерзли, если бы ближе – было бы несоизмеримо жарче. Умирая, звезда превращается в сверхновую. Звезда также создает планетную систему, которых только в одной галактике великое множество. Звезды – это просто красиво, когда смотришь на ночной небосвод.
При обычном наблюдении все они кажутся белыми. Но, на самом деле, встречаются разных цветов: синий, желтый, красный, коричный, оранжевый. Причем в каждом цвете есть несколько разновидностей и способов классификации (гиганты, карлики и т.д.).
Звезды производят энергию двумя путями. Первый – трансформация водорода в гелий. Этот процесс называют цепной реакцией протона-протона. Второй – цикл CNO, где углерод превращается в азот, а потом в кислород, для перехода водорода в гелий.
Солнце – одиночный звездный тип, размещающийся возле барицентра системы. Из-за этого многим кажется, что так выглядят все системы во Вселенной. Но некоторые звезды предпочитают существовать «семьями» или парами.
Звезды представляют собою гигантские светящиеся сферы плазмы. Только в нашей галактике их миллиарды, включая Солнце. Не так давно мы узнали, что некоторые из них еще и располагают планетами.
С древних времен звезды играли важную роль во многих культурах. Они отметились не только в мифах и религиозных историях, но и послужили первыми навигационными инструментами. Именно поэтому астрономия считается одной из древнейших наук. Появление телескопов и открытие законов движения и гравитации в 17 веке помогли понять, что все звезды напоминают наше Солнце, а значит подчиняются тем же физическим законам.
Изобретение фотографии и спектроскопии в 19 веке (исследование длин волн света, исходящих от объектов) позволили проникнуть в звездный состав и принципы движения (создание астрофизики). Первый радиотелескоп появился в 1937 году. С его помощью можно было отыскать невидимое звездное излучение. А в 1990 году удалось запустить первый космический телескоп Хаббл, способный получить наиболее глубокий и детализированный взгляд на Вселенную.
Древние люди не обладали нашими техническими преимуществами, поэтому в небесных объектах узнавали образы различных существ. Это были созвездия, о которых сочиняли мифы, чтобы запомнить названия. Причем практически все эти имена сохранились и используются сегодня.
В современном мире насчитывается 88 созвездий. Ярчайшая звезда получает обозначение «альфа», вторая – «бета», а третья – «гамма». И так продолжается до конца греческого алфавита. Есть звезды, которые отображают части тела. Например, ярчайшая звезда Ориона Бетельгейзе (Альфа Ориона) – «рука (подмышка) великана».
Не стоит забывать, что все это время составлялось множество каталогов, чьи обозначения используют до сих пор. Например, Каталог Генри Дрейпера предлагает спектральную классификацию и позиции для 272150 звезд. Обозначение Бетельгейзе – HD 39801. Но звезд очень много, поэтому для новых используют аббревиатуры, обозначающие звездный тип или каталог. К примеру, PSR J1302-6350 – пульсар (PSR), J – используется система координат «J2000», а последние две группы цифр – координаты с кодами широты и долготы.
Звезды все одинаковые? Ну, когда наблюдаешь без использования техники, то они лишь слегка отличаются по яркости. Но ведь это всего лишь огромные газовые шары, так? Не совсем. На самом деле, у звезд есть классификация, основанная на их главных характеристиках.
Среди представителей можно встретить голубых гигантов и крошечных коричневых карликов. Иногда попадаются и причудливые звезды, вроде нейтронных. Погружение во Вселенную невозможно без понимания этих вещей, поэтому давайте познакомимся со звездными типами поближе.
Типы звезд Вселенной
Протозвезда
Это то, что мы видим до появления полноценной звезды. Представляет собою скопление газа, рухнувшего от молекулярного облака. Эволюционная фаза занимает примерно 100000 лет. Дальше гравитация набирает силу, и заставляет образование разрушаться. Гравитация накаляет газ и вынуждает его выделять энергию.
Звезды типа Т Тельца
Этот момент идет перед переходом в звезду главной последовательности. Наступает в завершении протозвезды, когда энергию дарит только разрушающая ее гравитационная сила. У таких звезд еще нет достаточного нагрева и давления, чтобы активировать процесс ядерного синтеза. На звездах можно заметить огромные пятна, вспышки рентгеновского излучения и мощные порывы ветров. Эта стадия охватывает 100000 миллионов лет.
Звезды Главной последовательности
Большая часть вселенских звезд находится в стадии главной последовательности. Можно вспомнить Солнце, Альфа Центавра А и Сирус. Они способны кардинально отличаться по масштабности, массивности и яркости, но выполняют один процесс: трансформируют водород в гелий. При этом производится огромный энергетический всплеск. Такая звезда переживает ощущение гидростатического баланса. Гравитация заставляет объект сжиматься, но ядерный синтез выталкивает его наружу. Эти силы работают на уравновешивании, и звезде удается сохранять форму сферы. Размер зависит от массивности. Черта – 80 масс Юпитера. Это минимальная отметка, при которой возможно активировать процесс плавления. Но в теории максимальная масса – 100 солнечных.
Красный гигант
Когда звезда полностью израсходует внутреннее топливо, то больше не может создавать внешнее давление, а значит не противодействует внутреннему. Звезда сжимается, а оболочка вокруг ядра воспламеняется, продлевая ей жизнь, но увеличивая в размере. Звезда трансформируется в красного гиганта и может быть в 100 раз крупнее, чем представитель в главной последовательности. Когда не остается водорода, начинает гореть гелий и даже более тяжелые элементы. На этот этап уходит несколько сотен миллионов лет.
Белый карлик
Если топлива нет, то у звезды больше не хватает массы, чтобы продлить ядерный синтез. Она превращается в белого карлика. Внешнее давление не работает, и она сокращается в размерах из-за силы тяжести. Карлик продолжает сиять, потому что все еще остаются горячие температуры. Когда он остынет, то обретет фоновую температуру. На это уйдут сотни миллиардов лет, поэтому пока просто невозможно найти ни единого представителя.
Красный карлик
Это наиболее распространенный вид. Перед нами звезда главной последовательности с низкой массой, из-за чего значительно уступает в температуре Солнцу. Но выигрывает за счет продолжительности жизни. Дело в том, что им удается расходовать топливо в медленных темпах, поэтому отличаются значительной экономией. Наблюдения говорят, что такие объекты способны просуществовать до 10 триллионов лет. Наименьшие экземпляры достигают всего 0.075 раз солнечной массы, но могут набирать и 50%.
Нейтронные звезды
Когда звезда в 1.35-2.1 раз больше солнечной массы, то не завершает существование в виде белого карлика, а освещает небо взрывом сверхновой. После этого остается ядро, которое и выступает нейтронной звездой. Это очень интересный объект, так как всецело представлен нейтронами. Дело в том, что мощная гравитационная сила сжимает протоны и электроны, формирующие нейтроны. Если масса звезды была еще больше, то перед нами развернется черная дыра.
Сверхгигант
Наиболее крупные звезды называют сверхгигантами. Они в десятки раз больше солнечной массы, но им не так уж и повезло: чем больше размер, тем короче жизнь. Они стремительно расходуют внутреннее топливо (несколько миллионов лет). Поэтому проживают короткую жизнь и умирают как сверхновые.
Коричневый карлик
Коричневыми карликами называют объекты, которые слишком крупные для планет, но и чересчур маленькие для звезд. Их масса начинается с двойной Юпитера и может достигать 0.08 солнечной. Формируются как и обычные звезды – из коллапсирующего газового и пылевого облака. Но им не хватает температуры и давления, чтобы запустить ядерный синтез. Долгое время их считали всего лишь теоретическими объектами, пока в 1995 году не нашли первый экземпляр.
Цефеида
Цефеиды – звезды, пережившие эволюцию из главной последовательности к полосе неустойчивости Цефеиды. Это обычные радио-пульсирующие звезды с заметной связью между периодичностью и светимостью. За это их ценят ученые, ведь они являются превосходными помощниками в определении дистанций в пространстве. Они также демонстрируют перемены лучевой скорости, соответствующие фотометрическим кривым. У более ярких наблюдается длительная периодичность. Классические представители – сверхгиганты, чья масса в 2-3 раза превосходит солнечную. Они пребывают в моменте сжигания топлива на этапе главной последовательности и трансформируются в красных гигантов, пересекая линию неустойчивости цефеид.
Двойные звезды
Если говорить точнее, то понятие «двойная звезда» не отображает реальную картинку. На самом деле, перед нами звездная система, представленная двумя звездами, совершающими обороты вокруг общего центра масс. Многие совершают ошибку и принимают за двойную звезду два объекта, которые кажутся расположенными близко при наблюдении невооруженным глазом. Ученые извлекают из этих объектов пользу, потому что они помогают вычислить массу отдельных участников. Когда они передвигаются по общей орбите, то вычисления Ньютона для гравитации позволяют с невероятной точностью рассчитать массу.
Можно выделить несколько категорий в соответствии с визуальными свойствами: затмевающие, визуально бинарные, спектроскопические бинарные и астрометрические.
Затмевающие – звезды, чьи орбиты создают горизонтальную линию от места наблюдения. То есть, человек видит двойное затмение на одной плоскости (Алголь).
Визуальные – две звезды, которые можно разрешить при помощи телескопа. Если одна из них светит очень ярко, то бывает сложно отделить вторую.
Сначала мы видим гигантское медленно вращающееся облако, наполненное водородом и гелием. Внутренняя гравитация заставляет его сворачиваться внутрь, из-за чего вращение ускоряется. Внешние части трансформируются в диск, а внутренние в сферическое скопление. Материал разрушается, становясь горячее и плотнее. Вскоре появляется шарообразная протозвезда. Когда тепло и давление вырастают до 1 миллиона °C, атомные ядра сливаются и зажигается новая звезда. Ядерный синтез превращает небольшое количество атомной массы в энергию (1 грамм массы, перешедший в энергию, приравнивается к взрыву 22000 тонн тротила).
Основываясь на массе звезды, можно определить весь ее эволюционный путь, так как он проходит по определенным шаблонным этапам. Есть звезды промежуточной массы (как Солнце) в 1.5-8 раз больше солнечной массы, более 8, а также до половины солнечной массы. Интересно, что чем больше масса звезды, тем короче ее жизненный срок. Если она достигает меньше десятой части солнечной, то такие объекты попадают в категорию коричневых карликов (не могут зажечь ядерный синтез).
Объект с промежуточной массой начинает существование с облака, размером в 100000 световых лет. Для сворачивания в протозвезду температура должна быть 3725°C. С момента начала водородного слияния может образоваться Т Тельца – переменная с колебаниями в яркости. Последующий процесс разрушения займет 10 миллионов лет. Дальше ее расширение уравновесится сжатием силы тяжести, и она предстанет в виде звезды главной последовательности, получающей энергию от водородного синтеза в ядре.
Когда весь водород переплавится в гелий, гравитация сокрушит материю в ядро, из-за чего запустится стремительный процесс нагрева. Внешние слои расширяются и охлаждаются, а звезда становится красным гигантом. Далее начинает сплавляться гелий. Когда и он иссякает, ядро сокращается и становится горячее, расширяя оболочку. При максимальной температуре внешние слои сдуваются, оставляя белый карлик (углерод и кислород), температура которого достигает 100000 °C. Топлива больше нет, поэтому происходит постепенно охлаждение. Через миллиарды лет они завершают жизнь в виде черных карликов.
Процессы формирования и смерти у звезды с высокой массой происходят невероятно быстро. Нужно всего 10000-100000 лет, чтобы она перешла от протозвезды. В период главной последовательности это горячие и голубые объекты (от 1000 до миллиона раз ярче Солнца и в 10 раз шире). Далее мы видим красного сверхгиганта, начинающего сплавлять углерод в более тяжелые элементы (10000 лет). В итоге формируется железное ядро с шириною в 6000 км, чье ядерное излучение больше не может противостоять силе притяжения.
Когда масса звезды приближается к отметке в 1.4 солнечных, электронное давление больше не может удерживать ядро от крушения. Из-за этого формируется сверхновая. При разрушении температура поднимается до 10 миллиардов °C, разбивая железо на нейтроны и нейтрино. Всего за секунду ядро сжимается до ширины в 10 км, а затем взрывается в сверхновой типа II.
Если оставшееся ядро достигало меньше 3-х солнечных масс, то превращается в нейтронную звезду (практически из одних нейтронов). Если она вращается и излучает радиоимпульсы, то это пульсар. Если ядро больше 3-х солнечных масс, то ничто не удержит ее от разрушения и трансформации в черную дыру.
Звезда с малой массой тратит топливные запасы так медленно, то станет звездой главной последовательности только через 100 миллиардов – 1 триллион лет. Но возраст Вселенной достигает 13.7 миллиардов лет, а значит такие звезды еще не умирали. Ученые выяснили, что этим красным карликам не суждено слиться ни с чем, кроме водорода, а значит, они никогда не перерастут в красных гигантов. В итоге, их судьба – охлаждение и трансформация в черные карлики.
Мы привыкли, что наша система освещается исключительно одной звездой. Но есть и другие системы, в которых две звезды вращаются по орбите относительно друг друга. Если точнее, только 1/3 звезд, похожих на Солнце, располагаются в одиночестве, а 2/3 – двойные. Например, Проксима Центавра – часть множественной системы, включающей Альфа Центавра А и B. Примерно 30% звезд в Млечной Пути многократные.
Этот тип формируется, когда две протозвезды развиваются рядом. Одна из них будет сильнее и начнет влиять гравитацией, создавая перенос массы. Если одна предстанет в виде гиганта, а вторая – нейтронная звезда или черная дыра, то можно ожидать появления рентгеновской двойной системы, где вещество невероятно сильно нагреется – 555500 °C. При наличии белого карлика, газ из компаньона может вспыхнуть в виде новой. Периодически газ карлика накапливается и способен мгновенно слиться, из-за чего звезда взорвется в сверхновой типа I, способной затмить галактику своим сиянием на несколько месяцев.
Для описания яркости используют величину и светимость. Понятие величины основывается еще на разработках Гиппарха в 125 году до н.э. Он пронумеровал звездные группы, полагаясь на наблюдаемую яркость. Наиболее яркие – первая величина, и так до шестой. Однако расстояние между Землей и звездой может влиять на видимый свет, поэтому сейчас добавляют описание фактической яркости – абсолютная величина. Ее вычисляют при помощи видимой величины, как если бы она составляла 32.6 световых лет от Земли. Современная шкала величин поднимается выше шести и опускается ниже единицы (видимая величина Сириуса достигает -1.46).
Светимость – скорость излучения энергии. Ее измеряют при помощи сравнения с солнечной яркостью. Например, Альфа Центавра А в 1.3 ярче Солнца. Чтобы произвести те же вычисления по абсолютной величине, придется учитывать, что 5 по шкале абсолютной приравнивается к 100 на отметке светимости. Яркость зависит от температуры и размера.
Вы могли заметить, что звезды отличаются по цвету, который, на самом деле, зависит от поверхностной температуры. Каждая звезда обладает одним цветом, но производит широкий спектр, включая все виды излучения. Разнообразные элементы и соединения поглощают и выбрасывают цвета или длины волн цвета. Изучая звездный спектр, можно разобраться в составе.
Температура измеряется в кельвинах с температурой нуля, равной -273.15 °C. Температура темно-красной звезды – 2500К, ярко-красной – 3500К, желтой – 5500К, голубой – от 10000К до 50000К. На температуру частично влияет масса, яркость и цвет.
Размер определяется в сравнении с солнечным радиусом. У Альфа Центавра А – 1.05 солнечных радиусов. Размеры могут быть разными. Например, нейтронные звезды в ширину простираются на 20 км, а вот сверхгиганты – в 1000 раз больше солнечного диаметра. Размер влияет на звездную яркость (светимость пропорциональна квадрату радиуса).
Масса также вычисляется в сравнении с солнечными параметрами. Масса Альфа Центавра А – 1.08 солнечных. Звезды с одинаковыми массами могут не сходиться по размерам. Масса влияет на температуру.
Звезды генерируют магнитные поля. В случае с Солнцем, исследователи выяснили, что его магнитное поле способно достичь очень сконцентрированного состояния в небольших участках, создавая солнечные пятна или же извержения – выбросы корональной массы. Магнитное поле зависит от скорости вращения (увеличивается с нарастанием и уменьшается с замедлением).
Металличность – этот термин обозначает количество тяжелых элементов (тяжелее гелия). Основываясь на металличности, выделяют три звездных поколения. До сих пор ученым не удалось найти наиболее древнее (III), полностью лишенное металлов. Во время смерти, именно они выпустили первые тяжелые элементы в пространство, из которых и появилось поколение II. По цепочки их смерть привела к рождению поколения I (Солнце).
Главную роль в классификации играет спектр в системе Моргана-Кинана, выделяющей 8 спектральных классов. Каждый из них соответствует диапазону поверхностных температур: O, B, A, F, G, K, M и L (от наиболее горячего к холодному). Каждый из них делится еще на 10 типов (от 0 до 9).
Эта система учитывает и светимость. Наиболее крупные и ярчайшие обладают наименьшими римскими цифрами: Ia – яркий сверхгигант, Ib – сверхгигант, II – яркий гигант, III – гигант; IV – субгигант и V – главная последовательность или карлик.
Большую часть своего существования звезда пребывает в этапе главной последовательности. Представлена ядром, участками радиации и конвекции, фотосферой, хромосферой и короной. Ядро – территория, где происходит ядерное слияние, подпитывающее звезду. Энергия этих реакций переходит из радиационной зоны наружу. В конвективной энергия транспортируется горящими газами. Если звезда массивнее Солнца, то конвективная в ядре и излучает во внешних слоях, а если уступает по массивности, то излучает в ядре, а конвективная во внешних слоях. Объекты с промежуточной массой спектрального типа А способны излучать везде.
Далее идет фотосфера, которую часто называют поверхностью. За ней – красноватая хромосфера, из-за наличия водорода. Внешний шар – корона. Она невероятно горячая и может быть связана с конвекцией во внешних слоях.
Вы уверены, что вам известно все об этих формированиях? Нижеописанная информация способна освежить память или удивить.
Наш огненный шар – не только источник жизни в системе, но и типичная звезда Вселенной, удаленная на 150 миллионов километров. Это желтый карлик (G2), пребывающий в этапе главной последовательности. На сжигание водородного запаса уйдет еще 4.5 миллиардов лет, и просуществует еще 7 миллиардов лет. Когда топливо полностью иссякнет, трансформируется в красного гиганта. Процесс заставит его увеличивать размер, поглощая ближайшие планеты. Да, Земля тоже может попасть под раздачу.
Звезды бывают различных типов и классификаций, но все они рождаются из холодного молекулярного водорода, разрушающегося из-за гравитационного воздействия. В этом процессе газ разбивается на несколько частей, которые в будущем станут полноценными звездами. Материал скапливается в шарообразную форму, и все еще разрушается, пока не активирует ядерный синтез на территории ядра.
Речь идет о первоначальном газе, появившемся с момента Большого Взрыва (74% – водород и 25% – гелий). Стандартное соотношение: ¾ водорода и ¼ гелия. Но в процессе развития звезды трансформируют водород в гелий. Именно поэтому современное соотношение у Солнца – 70% водорода и 29% гелия (небольшой процент уходит на другие микроэлементы).
Конечно, вы этого не замечаете, но звезды ежесекундно переживают конфликт. Существует общая сила тяжести, которая заставляет их втягиваться. При таком механизме звезда должна всасываться в себя, пока не превратится в маленькую точку, как это происходит у нейтронного типа. Но существует противовес в виде света. Ядерный синтез генерирует колоссальный энергетический запас. Фотоны постоянно рвутся наружу. Увеличивая яркость, звезда расширяет и свой размер, перевоплощаясь в красный гигант. Как только давление заканчивается, они разрушаются до белого карлика.
Если вы разделили все звездные типы по кучкам, то наибольшая – красные карлики. Их масса достигает меньше половины солнечной (некоторые – 7.5%). Если показатели ниже, то у нее не хватит давления гравитации, чтобы повысить температуру и запустить ядерный синтез (коричневые карлики). Расходуют меньше 1/10000-й солнечных энергетических запасов. Они могут светить 10 триллионов лет, пока закончится весь водород.
Вы могли заметить, что звезды отличаются по цвету. Наиболее холодными считаются красные (3500 Кельвинов). Желто-белые (как Солнце) достигают 6000 Кельвинов. А максимальной накаленности добиваются синие – 12000 Кельвинов и выше. Так что, температура и звездный окрас тесно связаны. А вот температурные показатели будут зависеть от массы. Чем больше, тем крупнее ядро и тем масштабнее пройдет ядерный синтез. Однако, не стоит забывать о красных гигантах, которые не вписываются в это правило. Такая звезда может выглядеть по размерам как Солнце, но просуществовать в виде белой звезды. Но однажды она начинает расширяться и набирает яркости. А вот голубая всегда будет массивной и горячей.
Кажется, что все они одиночки, но среди них очень много парных структур. Мы говорим о двойных звездах, в которых существует общий центр тяжести. Но это не предел. Можно встретить по 3-4 звезды. Подумайте, насколько ярким был бы рассвет, если вас будит на одно, а, например, 4 солнца.
В пределах нашей системы Солнце кажется настоящим монстром. Но во Вселенной можно найти реальных сверхгигантов, которые с легкостью уничтожат нашу скромную звезду. Вспомним Бетельгейзе (созвездие Ориона), которая превосходит массу нашей звезды в 20 раз и в 1000 раз крупнее. Но и это не предел. Первая по величине – VY Большого Пса, которая в 1800 раз крупнее Солнца. Она бы с легкостью вместилась в орбиту Сатурна!
К сожалению, век гигантов не так велик. Они могут вырабатывать колоссальное количество энергии и устрашать размерами. Например, в 8000 световых годах проживает Эта Киля, чья масса приравнивается к 150 солнечным, а энергии в 4 миллиона раз больше. Но, пока скромное Солнце будет тихонько доживать свои миллиарды лет, Эта Килю остались лишь миллионы. Буквально в любое мгновение она может взорваться в виде сверхновой. Свет будет настолько сильным, что некоторое время сравняет день с ночью на Земле.
Только наша галактика насчитывает 200-400 миллиардов. И у каждой может быть планетарная система, а где-то даже планета с жизнью, подобной нам. Но суть в том, что во Вселенной существуют 500 миллиардов галактик. Просто умножьте эти цифры и поймете, что в пространстве могут сосуществовать 2 х 1023 звезд.
Хотя их много, нам доступна лишь определенная часть. Самая близкая расположена в 4.2 световых годах – Проксима Центавра. Как долго к ней лететь? Ну, если вы располагаете максимально быстрым кораблем из современных, то 70000 лет. К сожалению, межзвездные путешествия для нас пока не доступны.
10 рекордсменов среди звезд
Перефразируя высказывание известного классика, можно сказать, что все счастливые звезды похожа одна на другую, а у самых невероятных из них и проблемы своеобразные. Вселенная полна звезд. Но даже среди всего этого неописуемого разнообразия встречаются образцы, достойные внимания.
Звезды-долгожители
Как долго может жить звезда? Для начала давайте определимся: под временем жизни звезды мы подразумеваем ее способность осуществлять ядерный синтез. Потому что «труп звезды» может долго висеть и после окончания синтеза. Как правило, чем менее массивна звезда, тем дольше она будет жить. Звезды с наименьшей массой – это красные карлики. Они могут быть с массой от 7,5 до 50 процентов солнечной. Все, что менее массивно, не может совершать ядерный синтез – и не будет звездой. Современные модели предполагают, что самые мелкие красные карлики могут светить до 10 триллионов лет. Сравните это с нашим Солнцем, синтез в котором будет длиться приблизительно 10 миллиардов лет – в тысячу раз меньше. После синтеза большей части водорода, согласно теории, легкий красный карлик станет голубым карликом, а когда остатки водорода будут исчерпаны, синтез в ядре остановится, и карлик станет белым.
Самые старые звезды
Самые старые звезды – это, получается, те, которые сформировались сразу после Большого Взрыва (около 13,8 миллиардов лет назад). Астрономы могут оценить возраст звезд, глядя на их звездный свет – это подсказывает им, сколько каждого элемента находится в звезде (например, водорода, гелия, лития). Самые старые звезды, как правило, состоят в основном из водорода и гелия, и очень небольшая часть массы отведена более тяжелым элементам. Самая старая из наблюдаемых звезд – это SMSS J031300.36-670839.3. О ее открытии сообщили в феврале 2014 года. Ее возраст оценивается в 13,6 миллиарда лет, и это все еще не одна из первых звезд. Такие звезды еще не обнаружены, но они точно могут быть. Красные карлики, как мы отмечали, живут триллионы лет, однако их весьма сложно обнаружить. В любом случае, даже если такие звезды и есть, искать их – как иголку в стоге сена.
Самые тусклые звезды
Какие звезды самые тусклые? Прежде чем мы ответим на этот вопрос, давайте разберемся, что такое «тусклый». Чем дальше вы от звезды, тем тусклее она выглядит, поэтому нам просто нужно убрать расстояние как фактор и измерить ее яркость, или общее количество энергии, излучаемое звездой в виде фотонов, частиц света. Если мы ограничимся звездами, которые все еще в процессе синтеза, то самая низкая светимость – у красных карликов. Самой холодной звездой с самой низкой светимостью в настоящее время является красный карлик 2MASS J0523-1403. Чуть меньше света – и мы попадем в царство коричневых карликов, которые уже не являются звездами. Еще могут быть остатки звезд: белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры. Насколько тусклыми они могут быть? Белые карлики чуть светлее, но остывают в течение долгого времени. Через определенное время они превращаются в холодные куски угля, практически не излучающие свет – становятся «черными карликами». Чтобы остыть, белым карликам нужно очень много времени, поэтому их пока просто нет. Астрофизики пока не знают, что происходит с веществом нейтронных звезд, когда они остывают. Наблюдая за сверхновыми в других галактиках, они могут предположить, что в нашей галактике должно было сформироваться несколько сотен миллионов нейтронных звезд, однако пока была зафиксирована лишь малая часть от этого числа. Остальные должны были остыть настолько, что стали попросту невидимыми. А что насчет черных дыр в глубоком межгалактическом пространстве, на орбите которых ничего нет? Они все еще выделяют немного излучения, известного как излучение Хокинга, но его не так много. Такие одинокие черные дыры, наверное, светятся меньше, чем остатки звезд. Существуют ли они? Возможно.
Самые яркие звезды
Самые яркие звезды также имеют свойство быть самыми массивными. Также они имеют обычай быть звездами Вольфа-Райе, что означает, что они горячие и сливают много массы в сильный звездный ветер. Самые яркие звезды также не живут особо долго: «живи быстро, умри молодым». Самой яркой на сегодняшний день звездой (и самой массивной) считается светило R136a1. О ее открытии было объявлено в 2010 году. Это звезда Вольфа-Райе со светимостью примерно в 8700000 солнечной и массой в 265 раз большей, чем наша родная звезда. Когда-то ее масса составляла 320 солнечных. R136a1 фактически является частью плотного скопления звезд под названием R136. По словам Пола Кроутера, одного из первооткрывателей, «планетам нужно больше времени для формирования, чем такой звезде – жить и умереть. Даже если бы там были планеты, никаких астрономов на них не было бы, потому что ночное небо было таким же ярким, как и дневное».
Самые крупные звезды
Несмотря на огромную массу, R136a1 – не самая большая звезда (по размерам). Есть много звезд побольше, и все они красные сверхгиганты – звезды, которые всю жизнь были намного меньше, пока не закончился водород, не начал синтезироваться гелий, не началось повышение температуры и расширение. Наше Солнце в конечном итоге тоже ожидает такая судьба. Водород закончится и светило расширится, превратившись в красный гигант. Чтобы стать красным сверхгигантом, звезде нужно быть в 10 раз массивнее, чем наше Солнце. Фаза красного сверхгиганта обычно короткая, длится всего от нескольких тысяч до миллиарда лет. Это немного по астрономическим меркам. Наиболее известные красные сверхгиганты – это Альфа Антареса и Бетельгейзе, однако и они довольно малы по сравнению с самыми крупными. Найти самый большой красный сверхгигант – весьма бесплодная затея, потому что точные размеры таких звезд весьма трудно оценить наверняка. Самые крупные должны быть в 1500 раза шире Солнца, а может и больше.
Звезды с самыми яркими взрывами
Высокоэнергетические фотоны называются гамма-лучами. Они рождаются в результате ядерных взрывов, поэтому отдельные страны запускают специальные спутники для поиска гамма-лучей, вызванными ядерными испытаниями. В июле 1967 года такие спутники за авторством США обнаружили взрыв гамма-лучей, который не был вызван ядерным взрывом. С тех пор было обнаружено еще много подобных взрывов. Они, как правило, непродолжительны, длятся всего от нескольких миллисекунд до нескольких минут. Но очень яркие – намного ярче самых ярких звезд. Источник их находится не на Земле. Что вызывает взрывы гамма-лучей? Догадок масса. Сегодня большинство предположений сводится к взрывам массивных звезд (сверхновых или гиперновых) в процессе превращения в нейтронные звезды или черные дыры. Некоторые гамма-всплески вызваны магнетарами, своего рода нейтронными звездами с очень сильным магнитным полем. Другие гамма-всплески могут быть результатом слияния двух нейтронных звезд в одну или падения звезды в черную дыру.
Самые крутые бывшие звезды
Черные дыры – это не звезды, но их останки – однако их забавно сравнивать со звездами, поскольку такие сравнения показывают, насколько невероятными могут быть и те и другие. Черная дыра – это то, что образуется, когда гравитация звезды достаточно сильная, чтобы преодолеть все другие силы и заставить звезду коллапсировать саму в себя до точки сингулярности. С ненулевой массой, но нулевым объемом такая точка в теории будет обладать бесконечной плотностью. Однако бесконечности в нашем мире встречаются редко, поэтому у нас просто нет хорошего объяснения тому, что происходит в центре черной дыры. Черные дыры могут быть чрезвычайно массивными. Черные дыры, обнаруженные в центрах отдельных галактик, могут быть в десятки миллиардов солнечных масс. Более того, материя на орбите сверхмассивных черных дыр может быть очень яркой, ярче всех звезд галактик. Вблизи черной дыры могут быть также мощные джеты, движущиеся почти со скоростью света.
Самые быстродвижущиеся звезды
В 2005 году Уоррен Браун и другие астрономы из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики объявили об открытии настолько быстро движущейся звезды, что она вылетела из Млечного Пути и никогда не вернется. Ее официальное название – SDSS J090745.0+024507, но Браун назвал ее «звездой-изгоем». Были обнаружены и другие стремительные звезды. Они известны как гиперзвуковые звезды (hypervelocity stars), или сверхбыстрые звезды. По состоянию на середину 2014 года было обнаружено 20 таких звезд. Большинство из них, похоже, приходит из центра галактики. Согласно одной из гипотез, пара тесно связанных звезд (бинарная система) прошла рядом с черной дырой в центре галактики, одна звезда была захвачена черной дырой, а другая – выброшена с высокой скоростью. Есть звезды, которые движутся еще быстрее. На самом деле, говоря в общем, чем дальше звезда от нашей галактики, тем быстрее она удаляется от нас. Это связано с расширением Вселенной, а не движением звезды в космосе.
Самые переменные звезды
Яркость многих звезд сильно колеблется, если смотреть на них с Земли. Они известны как переменные звезды. Их много: в одной только галактике Млечный Путь насчитано около 45000 таких. По словам профессора астрофизики Коэля Хелье, самыми переменными из таких звезд являются катаклизмические, или взрывные, переменные звезды. Их яркость может увеличиваться на фактор 100 в течение дня, уменьшаться, снова увеличиваться и так далее. Такие звезды пользуются популярностью у астрономов-любителей. Сегодня у нас есть хорошее понимание того, что происходит с катаклизмическими переменными звездами. Они представляют собой бинарные системы, в которых одна звезда – обычная, а другая представляет собой белый карлик. Материя обычной звезды падает на аккреционный диск, который вращается вокруг белого карлика. После того как масса диска будет достаточно высокой, начинается синтез, в результате чего наблюдается увеличение яркости. Постепенно синтез иссякает и процесс начинается снова. Иногда белый карлик разрушается. Вариантов развития хватает.
Самые необычные звезды
Некоторые виды звезд весьма необычны. Они необязательно должны отличаться экстремальными характеристиками вроде светимости или массы, они просто странные. Как, например, объекты Торна-Житков. Названы они в честь физиков Кипа Торна и Анны Житков, которые впервые предположили их существование. Их идея заключалась в том, что нейтронная звезда может стать ядром красного гиганта или сверхгиганта. Идея невероятная, но… такой объект недавно был обнаружен. Иногда две большие желтые звезды кружат настолько близко друг к другу, что независимо от материи, которая находится между ними, похожи на гигантский космический арахис. Известны только две такие системы. Звезда Пшибыльского иногда приводится как пример необычной звезды, потому что ее звездный свет отличается от света любой другой звезды. Астрономы измеряют интенсивность каждой длины волны, чтобы выяснить, из чего состоит звезда. Обычно это не вызывает затруднений, однако ученые до сих пор пытаются понять спектр звезды Пшибыльского.
Звезды очаровывали людей испокон веков. Благодаря современной науке, мы знаем о звездах довольно много, об их разных типах и структурах. Знание этой темы постоянно пополняется и уточняется; астрофизики размышляют над рядом теоретических звезд, которые могут существовать в нашей Вселенной. Наряду с теоретическими звездами имеются и звездоподобные объекты, астрономические структуры, которые выглядят и ведут себя как звезды, но не обладают стандартными характеристиками, которыми мы описываем звезды.
|
