Виды звезд в наблюдаемой вселенной. Почему звёзды разного цвета? От чего зависит цвет звезды
Любая звезда - желтая, голубая или красная - представляет собой раскаленный газовый шар. Современная классификация светил основывается на нескольких параметрах. К ним относится температура поверхности, размер и яркость. Цвет звезды, видимый ясной ночью, зависит главным образом от первого параметра. Самые горячие светила голубые или даже синие, самые холодные — красные. Желтые звезды, примеры которых названы ниже, занимают среднее положение по шкале температуры. В число этих светил входит и Солнце.
Различия
Тела, нагретые до разных температур, излучают свет с неодинаковой длинной волны. От этого параметра и зависит определяемый глазом человека цвет. Чем короче длина волны, тем горячее тело и тем ближе его цвет к белому и голубому. Справедливо это и для звезд.
Красные светила самые холодные. Температура их поверхности достигает лишь 3 тысяч градусов. Звезда желтая, как наше Солнце, уже горячее. Ее фотосфера нагревается до 6000º. Белые светила раскалены еще сильнее — от 10 до 20 тысяч градусов. И, наконец, голубые звезды являются самыми горячими. Температура их поверхности достигает от 30 до 100 тысяч градусов.
Общие характеристики
Особенности желтого карлика
Небольшие по размерам светила характеризуются внушительной продолжительностью жизни. этого параметра — 10 млрд лет. Солнце сейчас располагается примерно на середине жизненного цикла, то есть до схода с Главной последовательности и превращения в красного гиганта ему осталось около 5 миллиардов лет.
Звезда, желтая и относящаяся к типу «карлики», имеет размеры, сходные с солнечными. Источник энергии таких светил — синтез гелия из водорода. На следующую стадию эволюцию они переходят после того, как в ядре заканчивается водород и начинается горения гелия.
Помимо Солнца к желтым карликам относится А, Альфа Северной Короны, Мю Волопаса, Тау Кита и другие светила.
Желтые субгиганты
Звезды, похожие на Солнце, после исчерпания водородного топлива, начинают изменяться. Когда в ядре загорится гелий светило расширится и превратится в Однако эта стадия наступает не сразу. Сначала гореть начинают внешние слои. Звезда уже сошла с Главной последовательности, но еще не расширилась — она находится на стадии субгиганта. Масса такого светила обычно варьируется от 1 до 5
Стадию желтого субгиганта могут проходить и более внушительные по размерам звезды. Однако для них эта стадия меньше выражена. Самый известный субгигант на сегодня — это Процион (Альфа Малого Пса).
Настоящая редкость
Желтые звезды, названия которых приводились выше, относятся к довольно распространенным во Вселенной типам. Иначе дела обстоят с гипергигантами. Это настоящие исполины, считающиеся самыми тяжелыми, яркими и крупными и одновременно обладающими самой короткой продолжительностью жизни. Большинство известных гипергигантов относятся к ярким голубым переменным, однако встречаются среди них белые, желтые звезды и даже красные.
В число таких редких космических тел относится, например, Ро Кассиопеи. Это желтый гипергигант, по светимости в 550 тысяч раз опережающий Солнце. От нашей планеты она удалена на 12 000 В ясную ночь ее можно увидеть невооруженным глазом (видимый блеск — 4,52m).
Сверхгиганты
Гипергиганты — частный случай сверхгигантов. В число последних также входят желтые звезды. Они, по мнению астрономов, являются переходной стадией эволюции светил от голубого к красному сверхгиганту. Тем не менее в стадии желтого сверхгиганта звезда может просуществовать достаточно долго. Как правило, на этом этапе эволюции светила не погибают. За все время изучения космического пространства было зафиксировано только две сверхновых, порожденных желтыми сверхгигантами.
К таким светилам относят Канопус (Альфа Киля), Растабан (Бета Дракона), Бету Водолея и некоторые другие объекты.
Как видно, каждая звезда, желтая подобно Солнцу, обладает специфическими характеристиками. Однако у всех есть и нечто общее — это цвет, являющийся результатом нагрева фотосферы до определенных температур. Помимо названных, к подобным светилам относят Эпсилон Щита и Бету Ворона (яркие гиганты), Дельту Южного Треугольника и Бету Жирафа (сверхгиганты), Капеллу и Виндемиатрикс (гиганты) и еще множество космических тел. Нужно заметить, что цвет, обозначаемый в классификации объекта, не всегда совпадает с видимым. Происходит это потому, что истинный оттенок света искажается из-за газа и пыли, а также после прохождения через атмосферу. Для определения цвета астрофизики используют аппарат спектрограф: он дает значительно более точную информацию, чем человеческий глаз. Именно благодаря ему ученые могут различить голубые, желтые и красные звезды, удаленные от нас на огромные расстояния.
Специалисты выдвигают несколько теорий их возникновения. Наиболее вероятная из низ гласит о том, что такие звезды голубого цвета, очень давно были двойными, и у них происходил процесс слияния. Когда 2 звезды объединяются, то возникает новая звезда с гораздо большой яркостью, массой, температурой.
Голубые звезды примеры:
- Гамма Парусов;
- Ригель;
- Дзета Ориона;
- Альфа Жирафа;
- Дзета Кормы;
- Тау Большого Пса.
Звезды белого цвета — белые звезды
Один ученый обнаружил очень тусклую звезду белого цвета, которая была спутником Сириуса и она получила название Сириус В. Поверхность это уникальной звезды разогрета до 25000 Кельвинов, а радиус её маленький.
Белые звезды примеры:
- Альтаир в созвездии Орла;
- Вега в созвездии Лиры;
- Кастор;
- Сириус.
Звезды желтого цвета — желтые звезды
Такие звезды имеют свечение желтого цвета, а их масса находиться в пределах массы Солнца — это около 0,8-1,4. Поверхность таких звезд обычно разогрета до температуры 4-6 тыс. Кельвинов. Живет такая звезда около 10 млрд. лет.
Желтые звезды примеры:
- Звезда HD 82943;
- Толиман;
- Дабих;
- Хара;
- Альхита.
Звезды красного цвета — красные звезды
Первые красные звезды открыли в 1868 году. Их температура довольно таки низкая, а внешние слои красных гигантов заполнены большим количеством углерода. Ранее подобные звезды составляли два спектральных класса — N и R, но сейчас ученые смогли определить еще один общий класс — C.
Разноцветные звезды на небе. Снимок с усиленными цветами
Цветовая палитра звезд широка. Голубые, желтые и красные - оттенки видны даже сквозь атмосферу , обычно искажающую очертания космических тел. Но откуда берется цвет звезды?
Происхождение цвета звезд
Секрет разноцветности звезд стал важным орудием астрономов - цвет светил помог им узнать поверхности звезд. В основу легло примечательное природное явление - соотношение между вещества и цветом излучаемого им света.
Наблюдения на эту тему вы уже наверняка сделали сами. Нить маломощных 30-ваттных лампочек горит оранжевым светом - а когда напряжение в сети падает, нить накала едва тлеет красным. Более сильные лампочки светятся желтым или даже белым цветом. А сварочный электрод во время работы и кварцевая лампа светятся голубым. Однако смотреть на них ни в коем случае не стоит - их энергия настолько велика, что может с легкостью повредить сетчатку глаза.
Соответственно, чем горячее предмет, тем ближе его цвет его свечения к голубому - а чем холоднее, тем ближе к темно-красному. Звезды не стали исключением: такой же принцип действует и на них. Влияние звезды на ее цвет очень незначительное - температура может скрывать отдельные элементы, ионизируя их.
Но именно излучения звезды помогает выяснить ее состав. Атомы каждого вещества имеют свою уникальную пропускную способность. Световые волны одних цветов беспрепятственно проходят сквозь них, когда другие останавливаются - собственно, по блокированным диапазонам света ученые и определяют химические элементы.
Механизм «окрашивания» звезд
Какова физическая подоплека этого явления? Температура характеризуется скоростью движения молекул вещества тела - чем она выше, тем быстрее они движутся. Это влияет на длину , которые проходят сквозь вещество. Горячая среда укорачивает волны, а холодная - наоборот, удлиняет. А видимый цвет светового луча как раз определяется длиной световой волны: короткие волны отвечают за синие оттенки, а длинные - за красные. Белый цвет получается в итоге наложения разноспектральных лучей.
В ясную ночь, присмотревшись, можно увидеть на небе мириады разноцветных звезд. Задумывались ли вы, от чего зависит оттенок их мерцания, и какие бывают цвета небесных светил?
Цвет звезды определяется температурой ее поверхности . Россыпь светил, словно драгоценные камни, имеет бесконечно разнообразные оттенки, словно волшебная палитра художника. Чем горячее объект, тем энергия излучения с его поверхности выше, а значит, короче длина испускаемых волн.
Даже незначительная разница в длине волны меняет воспринимаемый человеческим глазом цвет. Самые длинные волны имеют красный оттенок, с увеличением температуры он меняется на оранжевый, желтый, переходит в белый, а затем становится бело-синим.
Газовая оболочка светил выполняет функции идеального излучателя. По цвету звезды можно вычислить ее возраст и температуру поверхности. Конечно, оттенок при этом определяется не «на глаз», а с помощью специального инструмента - спектрографа.
Изучение спектра звезд - фундамент астрофизики нашего времени. То, какие бывают цвета небесных светил, является чаще всего единственной доступной для нас информацией о них.
Голубые звезды
Звезды голубого цвета - самые большие и горячие. Температура их внешних слоев составляет, в среднем, 10000 по Кельвину, а может достигать и 40000 для отдельных звездных гигантов.
В этом диапазоне излучают новые звезды, только начинающие свой «жизненный путь». Например, Ригель , одна из двух главных светил созвездия Ориона, голубовато-белая.
Желтые звезды
Центр нашей планетной системы - Солнце - имеет температуру поверхности, превосходящую 6000 по Кельвину. Из космоса оно и подобные ему светила выглядят ослепительно белыми, хотя с Земли кажутся, скорее, желтыми. Золотые звезды имеют средний возраст.
Из других известных нам светил белой звездой является и Сириус , хотя на глаз его цвет определить довольно сложно. Это происходит потому, что он занимает низкое положение над горизонтом, и по пути к нам его излучение сильно искажается за счет многократного преломления. В средних широтах Сириус, часто мерцая, способен всего за полсекунды продемонстрировать весь цветовой спектр!
Красные звезды
Темный красноватый оттенок имеют звезды с низкой температурой , например, красные карлики, масса которых составляет менее 7,5% от веса Солнца. Их температура ниже 3500 по Кельвину, и хотя их свечение представляет собой богатый перелив множества цветов и оттенков, мы видим его красным.
Гигантские светила, чье водородное топливо закончилось, также выглядят красными или даже коричневыми. В целом, в этом диапазоне спектра находится излучение старых и остывающих звезд.
Отчетливый красный оттенок имеет вторая из главных звезд созвездия Ориона, Бетельгейзе , а чуть правее и выше ее располагается на карте неба Альдебаран , имеющий оранжевый цвет.
Старейшая красная звезда из ныне существующих - HE 1523-0901 из созвездия Весов - гигантское светило второго поколения, найденное на окраинах нашей галактики на удалении в 7500 световых лет от Солнца. Ее возможный возраст составляет около 13,2 миллиарда лет, что не намного меньше предполагаемого возраста Вселенной.
Звезды бывают самые разные: маленькие и большие, яркие и не очень, старые и молодые, горячие и «холодные», белые, голубые, желтые, красные и т. д.
Разобраться в классификации звезд позволяет диаграмма Герцшпрунга – Рассела.
Она показывает зависимость между абсолютной звездной величиной, светимостью, спектральным классом и температурой поверхности звезды. Звезды на этой диаграмме располагаются не случайно, а образуют хорошо различимые участки.
Большая часть звезд находится на так называемой главной последовательности . Существование главной последовательности связано с тем, что стадия горения водорода составляет ~90% времени эволюции большинства звезд: выгорание водорода в центральных областях звезды приводит к образованию изотермического гелиевого ядра, переходу к стадии красного гиганта и уходу звезды с главной последовательности. Относительно краткая эволюция красных гигантов приводит, в зависимости от их массы, к образованию белых карликов, нейтронных звезд или черных дыр.
Находясь на различных стадиях своего эволюционного развития, звезды подразделяются на нормальные звезды, звезды карлики, звезды гиганты.
Нормальные звезды, это и есть звезды главной последовательности. К ним относится и наше Солнце. Иногда такие нормальные звезды, как Солнце, называют желтыми карликами.
Жёлтый карлик
Жёлтый карлик – тип небольших звёзд главной последовательности, имеющих массу от 0,8 до 1,2 массы Солнца и температуру поверхности 5000–6000 K.
Время жизни жёлтого карлика составляет в среднем 10 миллиардов лет.
После того, как сгорает весь запас водорода, звезда во много раз увеличивается в размере и превращается в красный гигант. Примером такого типа звёзд может служить Альдебаран.
Красный гигант выбрасывает внешние слои газа, образуя тем самым планетарные туманности, а ядро коллапсирует в маленький, плотный белый карлик.
Красный гигант – это крупная звезда красноватого или оранжевого цвета. Образование таких звезд возможно как на стадии звездообразования, так и на поздних стадиях их существования.
На ранней стадии звезда излучает за счет гравитационной энергии, выделяющейся при сжатии, до того момента пока сжатие не будет остановлено начавшейся термоядерной реакцией.
На поздних стадиях эволюции звезд, после выгорания водорода в их недрах, звезды сходят с главной последовательности и перемещаются в область красных гигантов и сверхгигантов диаграммы Герцшпрунга – Рассела: этот этап длится примерно 10% от времени «активной» жизни звезд, то есть этапов их эволюции, в ходе которых в звездных недрах идут реакции нуклеосинтеза.
Звезда гигант имеет сравнительно низкую температуру поверхности, около 5000 градусов. Огромный радиус, достигающий 800 солнечных и за счет таких больших размеров огромную светимость. Максимум излучения приходится на красную и инфракрасную область спектра, потому их и называют красными гигантами.
Крупнейшие из гигантов превращаются в красных супергигантов. Звезда под названием Бетельгейзе из созвездия Орион – самый яркий пример красного супергиганта.
Звезды карлики являются противоположностью гигантов и могут быть следующие.
Белый карлик – это то, что остаётся от обычной звезды с массой, не превышающей 1,4 солнечной массы, после того, как она проходит стадию красного гиганта.
Из-за отсутствия водорода термоядерная реакция в ядре таких звезд не происходит.
Белые карлики – очень плотные. По размеру они не больше Земли, но массу их можно сравнить с массой Солнца.
Это невероятно горячие звёзды, их температура достигает 100 000 градусов и более. Они сияют за счёт своей оставшейся энергии, но со временем она заканчивается, и ядро остывает, превращаясь в чёрного карлика.
Красные карлики – самые распространённые объекты звёздного типа во Вселенной. Оценка их численности варьируется в диапазоне от 70 до 90% от числа всех звёзд в галактике. Они довольно сильно отличаются от других звезд.
Масса красных карликов не превышает трети солнечной массы (нижний предел массы - 0,08 солнечной, далее идут коричневые карлики), температура поверхности достигает 3500 К. Красные карлики имеют спектральный класс M или поздний K. Звезды этого типа испускают очень мало света, иногда в 10 000 раз меньше Солнца.
Учитывая их низкое излучение, ни один из красных карликов не виден с Земли невооружённым глазом. Даже ближайший к Солнцу красный карлик Проксима Центавра (самая близкая к Солнцу звезда в тройной системе) и ближайший одиночный красный карлик, звезда Барнарда, имеют видимую звёздную величину 11,09 и 9,53 соответственно. При этом невооружённым взглядом можно наблюдать звезду со звёздной величиной до 7,72.
Из-за низкой скорости сгорания водорода красные карлики имеют очень большую продолжительность жизни – от десятков миллиардов до десятков триллионов лет (красный карлик с массой в 0,1 массы Солнца будет гореть 10 триллионов лет).
В красных карликах невозможны термоядерные реакции с участием гелия, поэтому они не могут превратиться в красные гиганты. Со временем они постепенно сжимаются и всё больше нагреваются, пока не израсходуют весь запас водородного топлива.
Постепенно, согласно теоретическим представлениям, они превращаются в голубые карлики – гипотетический класс звёзд, пока ни один из красных карликов ещё не успел превратиться в голубого карлика, а затем – в белые карлики с гелиевым ядром.
Коричневый карлик – субзвездные объекты (с массами в диапазоне примерно от 0,01 до 0,08 массы Солнца, или, соответственно, от 12,57 до 80,35 массы Юпитера и диаметром примерно равным диаметру Юпитера), в недрах которых, в отличие от звезд главной последовательности, не происходит реакции термоядерного синтеза c превращением водорода в гелий.
Минимальная температура звёзд главной последовательности составляет порядка 4000 К, температура коричневых карликов лежит в промежутке от 300 до 3000 К. Коричневые карлики на протяжении своей жизни постоянно остывают, при этом чем крупнее карлик, тем медленнее он остывает.
Субкоричневые карлики
Субкоричневые карлики или коричневые субкарлики – холодные формирования, по массе лежащие ниже предела коричневых карликов. Масса их меньше примерно одной сотой массы Солнца или, соответственно, 12,57 массы Юпитера, нижний предел не определён. Их в большей мере принято считать планетами, хотя к окончательному заключению о том, что считать планетой, а что – субкоричневым карликом научное сообщество пока не пришло.
Черный карлик
Черные карлики – остывшие и вследствие этого не излучающие в видимом диапазоне белые карлики. Представляет собой конечную стадию эволюции белых карликов. Массы черных карликов, подобно массам белых карликов, ограничиваются сверху 1,4 массами Солнца.
Двойная звезда – это две гравитационно связанные звезды, обращающиеся вокруг общего центра масс.
Иногда встречаются системы из трех и более звезд, в таком общем случае система называется кратной звездой.
В тех случаях, когда такая звездная система не слишком далеко удалена от Земли, в телескоп удается различить отдельные звезды. Если же расстояние значительное, то понять, что перед астрономами двойная звезда удается только по косвенным признакам – колебаниям блеска, вызываемым периодическими затмениями одной звезды другою и некоторым другим.
Новая звезда
Звезды, светимость которых внезапно увеличивается в 10 000 раз. Новая звезда представляет собой двойную систему, состоящую из белого карлика и звезды-компаньона, находящейся на главной последовательности. В таких системах газ со звезды постепенно перетекает на белый карлик и периодически там взрывается, вызывая вспышку светимости.
Сверхновая звезда
Сверхновая звезда – это звезда, заканчивающая свою эволюцию в катастрофическом взрывном процессе. Вспышка при этом может быть на несколько порядков больше чем в случае новой звезды. Столь мощный взрыв есть следствие процессов, протекающих в звезде на последний стадии эволюции.
Нейтронная звезда
Нейтронные звезды (НЗ) – это звездные образования с массами порядка 1,5 солнечных и размерами, заметно меньшими белых карликов, типичный радиус нейтронной звезды составляет, предположительно, порядка 10-20 километров.
Они состоят в основном из нейтральных субатомных частиц – нейтронов, плотно сжатых гравитационными силами. Плотность таких звезд чрезвычайно высока, она соизмерима, а по некоторым оценкам, может в несколько раз превышать среднюю плотность атомного ядра. Один кубический сантиметр вещества НЗ будет весить сотни миллионов тонн. Сила тяжести на поверхности нейтронной звезды примерно в 100 млрд раз выше, чем на Земле.
В нашей Галактике, по оценкам ученых, могут существовать от 100 млн до 1 млрд нейтронных звёзд, то есть где-то по одной на тысячу обычных звёзд.
Пульсары
Пульсары – космические источники электромагнитных излучений, приходящих на Землю в виде периодических всплесков (импульсов).
Согласно доминирующей астрофизической модели, пульсары представляют собой вращающиеся нейтронные звёзды с магнитным полем, которое наклонено к оси вращения. Когда Земля попадает в конус, образуемый этим излучением, то можно зафиксировать импульс излучения, повторяющийся через промежутки времени, равные периоду обращения звезды. Некоторые нейтронные звёзды совершают до 600 оборотов в секунду.
Цефеиды
Цефеиды – класс пульсирующих переменных звёзд с довольно точной зависимостью период-светимость, названный в честь звезды Дельта Цефея. Одной из наиболее известных цефеид является Полярная звезда.
Приведенный перечень основных видов (типов) звезд с их краткой характеристикой, разумеется, не исчерпывает всего возможного многообразия звезд во Вселенной.