Звездные скопления

Три поколения звезд

Ядра, состоящие исключительно из гелия, имели светила первого поколения (также их называют звездами населения III). Они образовались через некоторое время после Большого взрыва и характеризовались впечатляющими размерами, сравнимыми с параметрами современных галактик. В процессе синтеза в их недрах из гелия постепенно образовывались другие элементы (металлы). Такие звезды заканчивали свою жизнь, взрываясь сверхновой. Элементы, синтезированные в них, стали строительным материалом для следующих светил. Для звезд второго поколения (население II) характерна низкая металличность. Самые молодые из известных сегодня светил относятся к третьему поколения. В их число входит и Солнце. Особенность таких светил — более высокий показатель металличности по сравнению с предшественниками. Более молодые звезды учеными обнаружены не были, однако можно с уверенностью утверждать, что для них будет характерен еще больший размер этого параметра.

Виды звёзд

Звёзды различают по таким параметрам, как масса, размер и светимость. Цвет их изменяется от красного до голубого. И чем ближе к голубому — тем выше температура космического объекта.

Красный (класс M) — 2000-3500 градусов.Оранжевый (класс K) — от 3500 до 5000 градусов.Жёлтый (класс G) — 5-6 тысяч градусов. К данному типу относится и наше Солнце.Жёлто-белый (класс F) — от 6000 К до 7500 К.Белый (класс A) — 7500 К — 10000 К.Бело-голубой (класс B) — 10-30 тысяч градусов.Голубой (класс O) — 30-60 тысяч К.

Коричневый карлик. Это тип звёзд, которые на излучение тратят больше энергии, чем получают в результате ядерной реакции. Их температура около 300-500 градусов.

Белый карлик. Практически все звёзды завершают свою эволюцию превращением в белых карликов.В конце своей жизни они начинают сжиматься, уменьшаясь в сотни раз от своего первоначального размера. При этом они обретают плотность, превосходящую плотность воды в миллион раз. Однако, теряют источники энергии и постепенно остывают. Такую участь ждёт и наше Солнце (но сейчас его относят к типу жёлтых карликов).

Красный гигант. Тип звёзд, имеющих относительно низкую температуру (3-5 тысяч градусов), но при этом обладающие огромной светимостью.

Типа Вольфа — Райе. Класс звёзд, обладающих очень высокой температурой и светимостью.

Сверхновые. Это те звёзды, которые закачивают свой цикл взрывным процессом. Если в спектре такой вспышки присутствуют линии водорода — это Сверхновая 2 типа, если нет — 1 типа.

Новые. Это Сверхновые, вспышка которых гораздо слабее — не такая яркая, и выделяет не так много энергии.

Гиперновые. Это очень большие Сверхновые.Или, другими словами, Гиперновые — это очень большие и тяжёлые звёзды (более 100 масс Солнца), оканчивающие свою эволюцию взрывом.

Яркие голубые переменные (ЯГП). Очень яркие гигантские звёзды, ещё и пульсирующие при этом. Их сияние может быть, представьте только, в миллион раз сильнее солнечного.
Полагают, это объясняется тем, что звёзды такого типа сбрасывают излишки энергии — отсюда и такое яркое сияние.

Ультраяркие рентгеновские источники. Это тип звёзд, имеющих очень сильное излучение, но только в рентгеновском диапазоне.

Нейтронные звёзды. Это тип звёзд, сжатие Ядра которых не прекращается до тех пор, пока практически все частицы не превратятся в нейтроны.Масса таких звёзд превосходит массу Солнца в полтора — три раза, но их диаметр при этом около 10 км. Это насколько же высокой плотностью они обладают?!

Красные звезды – звезды красного цвета

Если Вам хотя бы раз в жизни доводилось видеть в объективе своего телескопа красные звезды на небе, которые горели на черном фоне, то воспоминание данного момента поможет более четко представить то, о чем будет написано в этой статье. Если же Вашему взору ни разу не представлялись подобные звезды, в следующий раз обязательно попробуйте их отыскать.

Если взяться составлять список наиболее ярких красных звезд небосвода, которые можно с легкостью найти даже при помощи любительского телескопа, то можно обнаружить, что все они являются углеродными. Первые красные звезды были открыты еще в 1868 году. Температура таких красных гигантов низкая, кроме того, их внешние слои заполнены огромным количеством углерода. Если ранее подобные звезды составляли два спектральных класса – R и N, то сейчас ученые определили их в один общий класс – С. У каждого спектрального класса существуют подклассы – от 9 до 0. При этом класс С0 обозначает, что звезда имеет большую температуру, но менее красная, чем звезды класса С9. Также важным является то, что все звезды, в составе которых преобладает углерод, по своей сути переменные: долгопериодические, полуправильные или же неправильные.

Кроме того, в такой список попали и две звезды, именуемые красными полуправильными переменными, наиболее известная из которых – m Цефея. Ее необычным красным цветом заинтересовался еще Вильям Гершель, который окрестил ее «гранатовой». Для таких звезд характерно неправильное изменение светимости, которое может длиться от пары десятков до нескольких сотен дней. Такие переменные звезды относятся к классу М (звезды холодные, температура поверхности которых от 2400 до 3800 К).

Учитывая тот факт, что все звезды из рейтинга – переменные, необходимо внести определенную ясность в обозначения. Общепринято, что красные звезды имеют название, которое состоит из двух составных частей – буквы латинского алфавита и имени созвездия переменной (к примеру, Т Зайца). Первой переменной, которую открыли в данном созвездии, присваивается буква R и так далее, до буквы Z. Если же таких переменных много, для них предусматривается двойная комбинация латинских букв – от RR до ZZ. Такой способ позволяет «назвать» 334 объекта. Кроме того, можно звезды обозначать и при помощи буквы V в сочетании с порядковым номером (V228 Лебедя). Под обозначение переменных отведена первая колонка рейтинга.

Две следующих колонки в таблице обозначают месторасположение звезд в период 2000.0 года. В результате повышенной популярности атласа «Uranometria 2000.0» среди любителей астрономии, последняя колонка рейтинга отображает номер поисковой карты для каждой звезды, которая есть в рейтинге. При этом первая цифра является отображением номера тома, а вторая – порядковый номер карты.

Также в рейтинге отображаются максимальные и минимальные значения блеска звездных величин. Стоит помнить, что большая насыщенность красного цвета наблюдается у звезд, яркость которых минимальна. Для звезд, период переменности которых известен, он отображается в виде количества суток, а вот объекты, которые правильного периода не имеют, отображаются в виде Irr.

Для поиска углеродной звезды не нужна большая сноровка, достаточно, чтобы возможностей Вашего телескопа хватило, чтобы ее увидеть

Даже, если ее размеры небольшие, ее ярко выраженный красный цвет должен привлечь Ваше внимание. Поэтому не стоит расстраиваться, если не получается сразу их обнаружить

Достаточно воспользоваться атласом, чтобы найти близкорасположенную яркую звезду, и затем уже, двигаться от нее к красной.

Разные наблюдатели по-разному видят углеродные звезды. Некоторым они напоминают рубины или же горящий вдалеке уголек. Другие же видят в таких звездах малиновые или же кроваво-красные оттенки. Для начала в рейтинге есть список из шести наиболее ярких красных звезд, найдя и которые, Вы сможете вдоволь насладиться их красотой.

Формирование

Упрощённая схема образования нейтронных звёзд

Любая звезда главной последовательности с начальной массой, более чем в 8 раз превышающей массу Солнца (M_⊙), может в процессе эволюции превратиться в нейтронную звезду. По мере эволюции звезды в её недрах выгорает весь водород, и звезда сходит с главной последовательности. Некоторое время энерговыделение в звезде обеспечивается синтезом более тяжёлых ядер из ядер гелия, но этот синтез заканчивается после того, как все более лёгкие ядра превратятся в ядра с атомным номером, близким к атомному номеру железа — элементам с наибольшей энергией связи ядер.

Когда все ядерное топливо в активной зоне израсходовано, активная зона поддерживается от гравитационного сжатия только давлением вырожденного электронного газа.

При дальнейшем сжатии внешних слоёв звезды, где ещё продолжаются термоядерные реакции синтеза, по мере выгорания лёгких ядер сжатие ядра звезды увеличивается, и масса ядра звезды начинает превышать предел Чандрасекара. Давление вырожденного электронного газа становится недостаточным для поддержания гидростатического равновесия, и ядро начинает быстро уплотняться, в результате чего его температура поднимается выше 5⋅109 K. При таких температурах происходит фотодиссоциация ядер железа на альфа-частицы под действием жёсткого гамма-излучения. При последующем увеличении температуры происходит слияние электронов и протонов в нейтроны в процессе электронного захвата. В соответствии с законом сохранения лептонного заряда при этом образуется мощный поток электронных антинейтрино.

Когда плотность звезды достигает ядерной плотности 4⋅1017 кг/м3, давление вырожденного нейтронного Ферми-газа останавливает сжатие. Падение внешней оболочки звезды на нейтронное ядро останавливается, и она отбрасывается от ядра звезды потоком нейтрино, так как при очень высоких температурах в схлопывающейся оболочке вещество оболочки становится непрозрачным для нейтрино, при этом звезда превращается в сверхновую. После рассеивания внешней оболочки от звезды остаётся звёздный остаток — нейтронная звезда.

Если масса этого остатка превышает 3 M_⊙, то коллапс звезды продолжается, и возникает чёрная дыра.

По мере того, как ядро массивной звезды сжимается во время взрыва сверхновой II типа, сверхновой Ib типа или Ic типа и коллапсирует в нейтронную звезду, она сохраняет бо́льшую часть своего исходного углового момента. Но поскольку радиус остатка звезды во много раз меньше радиуса родительской звезды, момент инерции остатка резко уменьшается, и в соответствии с законом сохранения момента импульса нейтронная звезда приобретает очень высокую угловую скорость вращения, которая постепенно уменьшается в течение очень длительного времени. Известны нейтронные звезды с периодами вращения от 1,4 мс до 30 мс.

Большой плотностью нейтронной звезды при малых размерах обусловлено её очень высокое ускорение свободного падения на поверхности с типичными значениями, лежащими в диапазоне от 1012 до 1013 м/с2, что более чем в 1011 раз больше, чем на поверхности Земли. При таком высоком тяготении нейтронные звезды имеют скорость убегания в диапазоне от 100 000 км/с до 150 000 км/с, то есть от трети до половины скорости света. Гравитация нейтронной звезды ускоряет падающее на неё вещество до огромных скоростей. Сила его удара, вероятно, достаточна для разрушения атомов падающего вещества и может превратить это вещество в нейтроны.

Вот список самых крупных претендентов

Впечатление художника от пыльного тора вокруг WOH G64.Изображения предоставлены Европейской Южной Обсерваторией.

WOH G64 (1,504 — 1,730 солнечных радиусов) — Красная гипергигантская звезда в Большом Магеллановом Облаке в созвездии Золотая Рыба (в небе южного полушария), расположенная на расстоянии около 170 000 световых лет от Земли. Яркость этой звезды со временем меняется, отчасти из-за облака пыли в форме тора, которое затемняет ее свет. Тор, вероятно, был образован звездой во время смерти. WOH G64 когда-то была более чем в 25 раз больше массы Солнца, но она начала терять массу, когда она приближалась к взрыву как сверхновая. Астрономы подсчитали, что она потеряла достаточно компонентов, чтобы составить от трех до девяти солнечных систем.

Мю Цефея (около 1650 солнечных радиусов) — красный супергигант в созвездии Цефей, находящийся в 9000 световых годах от Земли. Обладая более чем в 38 000 раз большей светимостью, чем Солнце, он также является одной из самых ярких звезд Млечного Пути.

V354 Цефея (1520 солнечных радиусов) — красный гипергигант в созвездии Цефей. V354 Цефея — это звезда с нерегулярным изменением, что означает, что она пульсирует по неустойчивому графику.

RW Цефея (1535 солнечных радиусов) — оранжевый гипергигант в созвездии Цефей; также переменная звезда.

Вэстерланд 1-26 виден в инфракрасном спектре.Изображение предоставлено 2MASS / UMass / IPAC-Caltech / NASA / NSF.

Вэстерланд 1-26 (от 1530 до 2500 солнечных радиусов). Это довольно большой интервал оценки; если верхняя оценка верна, она превзойдет даже UY Щита, и ее фотосфера достигнет орбиты Сатурна. Вэстерланд 1-26 выделяется тем, что ее температура меняется со временем, но не его яркость.

KY Лебедя (от 1420 до 2850 солнечных радиусов) — красный сверхгигант в созвездии Лебедя. Верхняя оценка рассматривается со скептицизмом как вероятная ошибка наблюдений, а нижняя соответствует другим звездам из того же обзора и нашему пониманию эволюции звезд.

VY Большого Пса (от 1300 до 1540 солнечных радиусов) — красная гипергигантная звезда, которая ранее была оценена в 1800 — 2200 солнечных радиусов, но этот размер вышел за пределы теории эволюции звезд и был обновлен.

Бетельгейзе (вверху, справа) и туманности Орион.Изображение предоставлено Rogelio Bernal Andreo.

Бетельгейзе (от 950 до 1200 солнечных радиусов) — красный супергигант в созвездии Орион. Бетельгейзе — одна из самых известных звезд в своем роде, поскольку это девятая по счету самая яркая звезда на небе, которую легко можно увидеть невооруженным глазом в ясную ночь с октября на март. Это самая близкая звезда в этом списке, и, как ожидается, в любой момент времени она может стать сверхновой.

Обратите внимание, что звезды, будучи шарами супергорячей плазмы, не следуют линейному соотношению веса и габаритов, как можно было бы ожидать, скажем, в пушечном ядре, где больший снаряд, очевидно, тяжелее. UY Щита, несмотря на то, что он одна из или самая большая звезда, которую мы знаем, не самая массивная (тяжелая)

Этот титул принадлежит R136a1, звезда Вольфа — Райе в туманности Тарантула, находящейся на расстоянии примерно 163 000 световых лет. Она имеет самую высокую массу и яркость среди всех известных звезд, а также является одной из самых горячих — около 53 000 К.

Красные звезды – звезды красного цвета

Если Вам хотя бы раз в жизни доводилось видеть в объективе своего телескопа красные звезды на небе, которые горели на черном фоне, то воспоминание данного момента поможет более четко представить то, о чем будет написано в этой статье. Если же Вашему взору ни разу не представлялись подобные звезды, в следующий раз обязательно попробуйте их отыскать.

Если взяться составлять список наиболее ярких красных звезд небосвода, которые можно с легкостью найти даже при помощи любительского телескопа, то можно обнаружить, что все они являются углеродными. Первые красные звезды были открыты еще в 1868 году. Температура таких красных гигантов низкая, кроме того, их внешние слои заполнены огромным количеством углерода. Если ранее подобные звезды составляли два спектральных класса – R и N, то сейчас ученые определили их в один общий класс – С. У каждого спектрального класса существуют подклассы – от 9 до 0. При этом класс С0 обозначает, что звезда имеет большую температуру, но менее красная, чем звезды класса С9. Также важным является то, что все звезды, в составе которых преобладает углерод, по своей сути переменные: долгопериодические, полуправильные или же неправильные.

Кроме того, в такой список попали и две звезды, именуемые красными полуправильными переменными, наиболее известная из которых – m Цефея. Ее необычным красным цветом заинтересовался еще Вильям Гершель, который окрестил ее «гранатовой». Для таких звезд характерно неправильное изменение светимости, которое может длиться от пары десятков до нескольких сотен дней. Такие переменные звезды относятся к классу М (звезды холодные, температура поверхности которых от 2400 до 3800 К).

Учитывая тот факт, что все звезды из рейтинга – переменные, необходимо внести определенную ясность в обозначения. Общепринято, что красные звезды имеют название, которое состоит из двух составных частей – буквы латинского алфавита и имени созвездия переменной (к примеру, Т Зайца). Первой переменной, которую открыли в данном созвездии, присваивается буква R и так далее, до буквы Z. Если же таких переменных много, для них предусматривается двойная комбинация латинских букв – от RR до ZZ. Такой способ позволяет «назвать» 334 объекта. Кроме того, можно звезды обозначать и при помощи буквы V в сочетании с порядковым номером (V228 Лебедя). Под обозначение переменных отведена первая колонка рейтинга.

Две следующих колонки в таблице обозначают месторасположение звезд в период 2000.0 года. В результате повышенной популярности атласа «Uranometria 2000.0» среди любителей астрономии, последняя колонка рейтинга отображает номер поисковой карты для каждой звезды, которая есть в рейтинге. При этом первая цифра является отображением номера тома, а вторая – порядковый номер карты.

Также в рейтинге отображаются максимальные и минимальные значения блеска звездных величин. Стоит помнить, что большая насыщенность красного цвета наблюдается у звезд, яркость которых минимальна. Для звезд, период переменности которых известен, он отображается в виде количества суток, а вот объекты, которые правильного периода не имеют, отображаются в виде Irr.

Для поиска углеродной звезды не нужна большая сноровка, достаточно, чтобы возможностей Вашего телескопа хватило, чтобы ее увидеть

Даже, если ее размеры небольшие, ее ярко выраженный красный цвет должен привлечь Ваше внимание. Поэтому не стоит расстраиваться, если не получается сразу их обнаружить

Достаточно воспользоваться атласом, чтобы найти близкорасположенную яркую звезду, и затем уже, двигаться от нее к красной.

Разные наблюдатели по-разному видят углеродные звезды. Некоторым они напоминают рубины или же горящий вдалеке уголек. Другие же видят в таких звездах малиновые или же кроваво-красные оттенки. Для начала в рейтинге есть список из шести наиболее ярких красных звезд, найдя и которые, Вы сможете вдоволь насладиться их красотой.

Старение звезды и изменение состава

Со временем термоядерные реакции внутри звезд постепенно изменяют их состав. Главной и самой простой реакцией синтеза, который протекает в большинстве звезд во Вселенной, и в нашем Солнце в том числе, является протон-протонный цикл. В нем четыре атома водорода сливаются воедино, образуя в итоге один атом гелия и очень большой выход энергии — до 98% общей энергии звезды.

Такой процесс называется еще «горением» водорода: в Солнце «сгорает» до 4 миллионов тонн водорода ежесекундно.

Изменение состава на примере Солнца

Количество гелия в ядре Солнца будет увеличиваться; соответственно, будет расти объем ядра звезды. Из-за этого увеличится площадь термоядерной реакции, а вместе с ней — интенсивность свечения и температура Солнца. Через 1 миллиард лет (в возрасте 5,6 млрд лет) энергия звезды вырастет на 10%. В возрасте 8 миллиардов лет (через 3 млрд лет от сегодняшнего дня) солнечное излучение составит 140% от современного.

Рост интенсивности протон-протонной реакции сильно отразится на составе звезды — водород, мало затронутый с момента рождения, станет сгорать куда быстрее. Нарушится баланс между оболочкой Солнца и его ядром — водородная оболочка станет расширяться, а гелиевое ядро, наоборот, сужаться. В возрасте 11 миллиардов лет сила излучения из ядра звезды станет слабее сжимающей его гравитации — греть ядро теперь станет именно растущее сжатие.

Существенные изменения в составе звезды произойдут еще через миллиард лет, когда температура и сжатие ядра Солнца вырастет настолько, что запустится следующая стадия термоядерной реакции — «горение» гелия.

В итоге реакции, атомные ядра гелия сначала сбиваются вместе, превращаясь в нестабильную форму бериллия, а затем в углерод и кислород. Сила этой реакции невероятно велика — когда будут зажигаться нетронутые островки гелия, Солнце будет вспыхивать до 5200 раз ярче, чем сегодня!

Во время этих процессов ядро Солнца будет продолжать накаляться, а оболочка расширится до границ орбиты Земли и значительно остынет — ибо чем больше площадь излучения, тем больше энергии теряет тело. Пострадает и масса светила: потоки звездного ветра будут уносить остатки гелия, водорода и новообразованных углерода с кислородом в далекий космос.

Так наше Солнце превратится в красного гиганта. Полностью завершится развитие светила тогда, когда оболочка звезды окончательно истощится, и останется только плотное, горячее и маленькое ядро — белый карлик. Оно медленно будет остывать миллиардами лет.

Изменение состава звезд-гигантов

Цепочка трансформации крупных звезд куда дольше: она доходит вплоть до самого железа. Создаются и элементы потяжелее. У таких звезд уже нет пути назад — они взорвутся сверхновой, оставив по себе черную дыру или нейтронную звезду.

Хотя углерод и кислород существуют в звезде одновременно, во время реакций синтеза они создают вещества, распределяющиеся на принципиально разных уровнях звезды.

Так, углерод порождает легкие вещества, вроде неона, натрия или магния.

Кислород же создает тяжелые неметаллы, наподобие серы или фосфора, или неплотные металлы, как вот алюминий. А вместе с азотом они участвуют в CNO-цикле горения водорода — основном термоядерном процессе в больших звездах Главной последовательности.

Искусственный «космический щит» Земли

Исследователи аэрокосмического агентства NASA недавно обнаружили, что глобальное использование передачи радиосигналов приводит к удивительному и весьма практичному последствию – созданию вокруг Земли «пузыря» из сверхнизких частот, защищающего нас от некоторых видов космического излучения.

У нашей планеты есть так называемые естественные, природные пояса Ван Алена, области, где накапливаются и удерживаются проникшие в магнитосферу высокоэнергетичные заряженные частицы солнечного излучения. Однако ученые отметили, что аккумулируемая на Земле электромагнитная сила образовала своего рода низкочастотный барьер, отражающий некоторые высокоэнергетичные космические частицы, ежедневно пытающиеся бомбардировать Землю.

Основой для этого барьера служат остатки космического электромагнитного мусора, оставшегося еще со времен ядерных испытаний во времена атомной эры. Кроме того, Земля (а точнее мы) последние более 100 лет тоже активно излучали радиоволны в космос. Ну а завершают картину наши многочисленные энергосистемы, разбросанные по всему миру и излучающие радиоволны определенного диапазона.

Внешние переменные звезды

К затменным относятся звезды, которые периодически перекрывают свет друг друга в наблюдении. У каждой из них могут быть свои планеты, повторяющие механизм затмения, происходящий в системе Земля-Луна. Таким объектом является Алголь. Аппарату Кеплер НАСА удалось отыскать более 2600 затменных двойных звезд во время миссии.

Схема затмения у бинарной звезды

Вращающиеся – это переменные, демонстрирующие небольшие колебания в свете, создаваемые поверхностными пятнами. Очень часто это двойные системы, сформированные в виде эллипсов, что вызывает изменения яркости во время движения.

Пульсары – вращающиеся нейтронные звезды, вырабатывающие электромагнитное излучение, которое можно заметить только в случае, если оно направлено на нас. Световые интервалы можно измерить и отследить, потому что они точные. Очень часто их называют космическими маяками. Если пульсар вращается очень быстро, то теряет огромное количество массы за секунду. Их именуют миллисекундными пульсарами. Наиболее быстрый представитель способен за минуту совершить 43000 оборотов. Их скорость объясняется гравитационной связью с обычными звездами. Во время подобного контакта газ от обычной переходит к пульсару, ускоряя вращение.

В центре Млечного пути видно две пульсирующие звезды (цефеиды), играющие роль указателей космических дистанций