Концепції сучасного природознавства - Карпов Я. С. - 4.3 Народження та еволюція зірок

Глянувши на небо навіть побіжно, легко помітити, що світ зірок надзвичайно різноманітний. Зірки насамперед відрізняються блиском і кольором. Зрозуміло, видимий блиск ще не дає достовірного уявлення про те, яку кількість світла випромінює в простір та чи інша зірка. Якби всі зірки розмішувалися на однаковій відстані від Землі, то відповідь на це питання була б простою — більш яскраві зірки є і більш потужними випромінювачами. Але насправді доводиться спочатку визначати відстань до зірки, а потім за її видимою яскравістю та відомою відстанню обчислювати справжню світність зірки.

Чим масивніша зірка, тим більша її світність. Однак маси зірок не можуть бути довільними. Якщо,,скажімо, тіло має масу, яка в десятки разів менша, ніж у Сонця, то температура в надрах цього тіла недостатня для виникнення ядерних реакцій. Тіло з такою масою ніколи не стане самосвітним, тобто ніколи не перетвориться на зірку. Така доля, наприклад, у Юпітера, який за своєю масою "не дотягує" до зірки.

Є, очевидно, і верхня межа зоряної маси. У всякому разі, у Метагалактиці вкрай рідко зустрічаються зірки з масами, які б у десятки разів перевищували масу Сонця. А от розміри зірок дуже різні — від надгігантів, діаметр яких більший за діаметр земної орбіти, до карликових, нейтронних зірок, поперечник яких становить близько десяти кілометрів.

4.3.1 Діаграма Герцшпрунга-Рассела

Вивчаючи спектри зірок, астрономи з'ясували їх склад. Одночасно вдалося визначити температуру поверхонь зірок. Знаючи справжню світність і поверхневу температуру зірки, астрономи можуть зробити багато важливих умовиводів. На початку XX століття датський астроном Ейнар Герцшпрунг та американський астроном Генрі Норріс Рассел незалежно один від одного виявили, як багато цікавих висновків можна одержати з діаграми світність-температура. Світності зірок при цьому відкладаються

по вертикальній осі, а поверхнева температура — по горизонтальній осі. Кожну зірку на небі, для якої відомі її світність і температура поверхні, можна зобразити на цій діаграмі у вигляді точки. Наприклад, світність Сонця дорівнює 1, а його температура близька до 6000 К, тому Сонце зображується точкою приблизно посередині діаграми. Цей графік названий діаграмою Герцшпрунга-Рассела.

Видно, що точки, які зображують зірки, розміщені по всій діаграмі не безладно. Навпаки, вони групуються в трьох основних областях. Більшість зірок, які ми спостерігаємо на небі, належать до головної послідовності. Головна послідовність проходить через усю діаграму по діагоналі від яскравих гарячих зірок у лівому верхньому кутку до слабких холодних зірок у правому нижньому кутку. Сонце теж є зіркою головної послідовності.

Крім головної послідовності, є інша велика група зірок у правому верхньому кутку діаграми Герцшпрунга-Рассела. Ці зірки яскраві та холодні. Вони випромінюють світла в тисячі разів більше, ніж Сонце, але їх поверхневі температури становлять усього 3000-4000 К. Отже, за своїми розмірами ці зірки повинні бути гігантськими. Пересічні діаметри таких зірок становлять кілька сотень мільйонів кілометрів. Оскільки ці зірки холодні, вони випромінюють переважно червонувате світло. Тому їх називають червоними гігантами.

Майже кожна червона зірка, яку можна спостерігати на небі, — це червоний гігант. Наприклад, серед найбільш яскравих — Бетельгейзе в Оріоні, Антарес у Скорпіоні, Альдебаран у Тільці. Усі інші зірки, видимі неозброєним оком, — це зірки головної послідовності.

У гарний телескоп можна побачити зірки ще одного типу, які не належать ні до червоних гігантів, ні до головної послідовності. Цей третій тип включає дуже гарячі й дуже слабкі зірки. Поверхнева температура, характерна для цих зірок, від 10000 до 20000 К, а випромінюють вони лише 0,01 частину світла, яке випромінює Сонце. Тому точки, що зображують ці зірки, зосереджені в лівому нижньому куті діаграми Гецшпрунга-Рассела. Дуже гарячі зірки випромінюють, в основному, блакитнувато-біле світло; ці слабкі зірки повинні бути невеликими. Як правило, за розмірами вони схожі на Землю (тобто мають діаметр приблизно 15000 км), і тому їх називають білими карликами.

Роль діаграми Герцшпрунга — Рассела важко переоцінити. Існують якісь важливі причини, з яких більшість зірок — це або зірки головної послідовності, або червоні гіганти, або білі карлики. Зрозуміло, є і виключення, але факт залишається фактом — більшість зірок мільярди років своєї біографії залишаються членами одного із цих трьох основних сімейств.

Зірки еволюціонують. Це означає, що протягом свого життя зірка змінює свою світність і поверхневу температуру. Інакше кажучи, точка, що зображує зірку, повинна переміщатися по діаграмі Герцшпрунга — Рассела.