Самостоятельная работа "Типы звезд"

Звезды главной последовательности
Название
Определение / Характеристики
Примеры

Переменные звезды
Название		Определение / Характеристики			Примеры
Периодические звезды
Название	Определение / Характеристики			Примеры

Типы звезд

Большинство звёзд, включая Солнце, попадают в полосу, пересекающую диаграмму ГР по диагонали и именуемую главной последовательностью.

Существует множество разных звезд: одни более горячие, другие более холодные, одни большие, другие (условно) маленькие.

Звезда красный гигант имеет невысокую температуру поверхности и огромный радиус. Из-за этого она обладает высокой светимостью. Радиус красного гиганта может достигать 800 солнечных, а яркость способна превосходить солнечную в 10 тыс. раз.  

Альдебаран, Арктур, Гакрукс — красные гиганты, входящие в список ярчайших светил ночного неба. При этом красные гиганты не самые массивные. Самые большие звезды — красные сверхгиганты: их радиус может превышать солнечный в 1500 раз. 

Звезда сверхгигант считается одной из наиболее массивных звезд. Звезды, относящиеся к такому типу, занимают верхнюю часть диаграммы Герцшпрунга-Рассела. Данные звезды обладают массой, которая колеблется в диапазоне от 10 до 70 масс Солнца. Их светимость составляет 30 000 солнечных светимостей и более. А вот радиусы звезд сверхгигантов могут существенно разниться – начиная от 30 до 500 солнечных радиусов. Но бывают и такие звезды, которые имеют радиус, превышающий 1000 солнечных. Однако, эти сверхгиганты уже переходят в разряд гипергигантов.

В связи с тем, что данные звезды имеют очень огромные массы, продолжительность их жизни крайне мала и составляет от 30 до нескольких сотен миллионов лет. Сверхгиганты можно наблюдать, как правило, в областях активного звездообразования – рассеянных звездных скоплениях, рукавах спиральных галактик, а также в неправильных галактиках.

Самый известный пример — Ригель (бета Ориона), самая яркая звезда в созвездии Орион, масса которой приблизительно в 20 раз больше массы Солнца и его светимость примерно в 130 000 раз выше солнечной, а значит, это одна из самых мощных звёзд в Галактике (во всяком случае, самая мощная из ярчайших звёзд на небе, так как Ригель — ближайшая из звёзд с такой огромной светимостью). Древние египтяне связывали Ригель с Сахом — царём звёзд и покровителем умерших, а позже — с Осирисом.

В созвездии Лебедя наблюдается звезда Денеб – еще один представитель этого редкого класса. Ее спектральный класс Ia, это – яркий сверхгигант. На небосводе по своей светимости эта далекая звезда может сравниться только с Ригелем. Интенсивность ее излучения сравнима с 196 тыс. Солнц, радиус объекта превосходит наше светило в 200 раз, а вес – в 19. 

Звезда-карлик — это полная противоположность звезде-гиганту. Перед нами проэволюционировавшее светило, масса которого сравнима с массой Солнца. При этом радиус белых карликов примерно в 100 раз меньше радиуса нашего светила. «Рождаются» они, когда красные гиганты «сбрасывают» свою оболочку, которая в виде планетарной туманности рассеивается в межзвездном пространстве. Оставшееся холодное и почти не излучающее гелиевое ядро и называют белым карликом.

Белые карлики занимают 3–10% звездного населения нашей Галактики, но из-за малой светимости выявить их очень тяжело.

«Пожилой» белый карлик непосредственно белым уже не является. Само название произошло от цвета первых открытых звезд, например Сириуса В (его размеры, кстати, можно вполне сравнить с размерами нашей Земли). По сути, белый карлик вообще не является звездой, поскольку в его недрах уже не идут термоядерные реакции. Проще говоря, белый карлик — это не звезда, а ее «труп».

Переменные звезды – это звезды, блеск которых изменяется, иногда с правильной периодичностью. Переменных звезд на небе довольно много. Многие переменные вполне доступны наблюдению в малые и среднего размера оптические приборы – бинокль, зрительную трубу или школьный телескоп.

Переменность звезд может быть обусловлена затмениями в тесной двойной системе. Такие звезды называются затменными переменными. Обращаясь вокруг общего центра масс, двойные звезды периодически заслоняют друг друга от земного наблюдателя. Такие звезды имеют постоянную кривую блеска.

Первая затменно-переменная звезда – Алголь (β Персея) – была открыта в 1669 году итальянским астрономом Монтанари; впервые в 1784 году ее исследовал английский астроном Джон Гудрайк. Кривая блеска Алголя повторяется каждые 2 суток 20 часов и 49 минут. В 1784 году Гудрайк открывает вторую затменную звезду – β Лиры. Ее  период 12 суток 21 час и 56 минут, и, в отличие от Алголя, блеск изменяется плавно.

Физическими переменными называются звезды, которые изменяют свою светимость в результате физических процессов, происходящих в самой звезде. Такие

звезды могут и не иметь постоянную кривую блеска. И кстати, не следует путать переменность звёзд с их мерцанием, которое происходит из-за колебаний воздуха земной атмосферы. При наблюдении из космоса звёзды не мерцают.

К физически переменным относятся пульсирующие (периодические) переменные и эруптивные (нестационарные) переменные звезды.

Пульсирующие переменные звёзды — это физические переменные звёзды, у которых происходят периодические колебания блеска из-за периодического расширения и сжатия поверхностных слоев.

Первую пульсирующую переменную открыл в 1596 году Фибрициус в созвездии Кита. Он назвал ее Мирой, что означает «чудесная, удивительная». В максимуме Мира хорошо видна невооруженным глазом, ее видимая звездная величина 2m, в период минимума она уменьшается до 10m, и видна только в телескоп. Средний период переменности Миры Кита 3 331,6 суток.

Под эруптивными переменными звездами мы подразумеваем звезды, меняющие блеск вследствие активных процессов и вспышек, происходящих в их хромосферных и корональных областях.

К эруптивным переменным звездам относятся новые и сверхновые.

Иногда в звёздном небе появляются звёзды, видимые невооружённым глазом в тех местах, где их раньше никогда не наблюдали. Это новые звёзды. Как правило, их блеск внезапно увеличивается в тысячи и миллионы раз в течении нескольких суток. А затем в течение года и более блеск звезды ослабевает до своего первоначального значения.

Обращаем ваше внимание на то, что термин «новая звезда» не подразумевает, что звезда родилась. Так называют звёзды, у которых внезапно увеличивается блеск. Так, например, в июне 1918 года в созвездии Орла вспыхнула самая яркая новая звезда, зарегистрированная за последние 300 лет — V603 Орла. Изначально на месте новой была маленькая звёздочка одиннадцатой звёздной величины. Но 9 июня (в максимуме блеска) её звёздная величина достигла –1,4^m. После этого звезда стала постепенно угасать, пока в марте следующего года она стала не видна невооружённым глазом.

Интересно, что первые описания новых звёзд были найдены в китайских и японских летописях 532 г. до н. э. Однако механизм образования новых звёзд был не ясен вплоть до середины XIX века. Современные наблюдения за новыми звёздами показали, что все они являются компонентами тесных двойных систем, состоящих из белого карлика и звезды-компаньона (чаще красного гиганта). Из-за их близкого расположения на белый карлик перетекает газ из атмосферы компаньона.

Аккрецируемый газ накапливается на поверхности белого карлика, образуя обогащённый водородом слой, температура и плотность которого постоянно увеличивается — создаются условия для начала протекания термоядерных реакций превращения водорода в гелий. Но эти реакции протекают настолько быстро, что приобретают взрывной характер. Во время взрыва внешние слои расширяются и выбрасываются в космическое пространство. Их свечение мы-то и наблюдаем как вспышку новой звезды.

Кстати, за время вспышки новая звезда излучает столько энергии (10³⁸ Дж), сколько наше Солнце излучает примерно за сто тысяч лет!

Вскоре после вспышки начинается новый цикл накопления водородного слоя. И через некоторое время вспышка повторяется. Интервал между вспышками составляет от десятков лет у повторных новых до тысяч лет у классических новых звёзд.

Рис. 2. Фотографии новой звезды N AqI, вспыхнувшей в созвездии Орла в 1918 г., полученные соответственно в 1922 г., 1926 г. и 1931 г. Фотографии показывают, что сброшенная звездой оболочка со временем расширяется.

Сверхновые звёзды — это одно из самых грандиозных и захватывающих космических явлений. Отдельные сверхновые звёзды в максимуме блеска превышают светимость Солнца в десятки миллиардов раз, достигая при этом –20^т…–21^т. Во время вспышки выделяется такое количество энергии, которое наше Солнце может излучить за всё время своего существования (10⁴⁵ Дж).

«Крабовидная туманность». По сути, это не звезда, а остаток от нее. Она находится в созвездии Тельца. Крабовидная туманность осталась после взрыва сверхновой под названием SN 1054, который произошел в 1054 году. Вспышка была видна на протяжении 23 дней невооружённым глазом даже в дневное время. И это при том, что она расположена на расстоянии около 6500 световых лет (2 кпк) от Земли.

SN 1572 (Сверхновая Тихо Браге). Она вспыхнула в созвездии Кассиопеи в 1572 году.

SN 1604 или Сверхновая Кеплера. Она вспыхнула осенью 1604 года в созвездии Змееносца.

В феврале 1987 года астрономы зафиксировали яркую вспышку в Большом Магеллановом Облаке – галактике, расположенной всего в 168 тысячах световых лет от Солнечной системы. Поскольку это была первая сверхновая, которую зафиксировали в 1987 году, она получила название – SN 1987A.

Переменные звезды подразделяют по периоду колебания блеска.

К периодическим (правильным) переменным звездам относятся цефеиды, лириды, мириды. (указать только один класс).

Цефеиды — класс пульсирующих переменных звёзд с довольно точной зависимостью период—светимость, названный в честь звезды δ Цефея. Блеск δ Цефея непрерывно изменяется с периодом 5,4 дня.

Одной из наиболее известных цефеид является Полярная звезда. Для астрономов цефеиды являются своего рода маяками, благодаря зависимости период—светимость, цефеиды используются как эталоны светимости при определении расстояний до удалённых объектов.

Неправильные переменные звёзды — разновидность переменных звёзд, чьи вариации яркости изменяются по непериодическому закону. К этому классу переменных относятся такие звезды как ε Пегаса, W Большого Пса.

Полуправильные переменные звёзды — пульсирующие переменные звёзды с заметной периодичностью и значительными неправильностями в изменениях блеска. Сам термин полуправильная звезда предполагает существование четких закономерностей, которые могут не соблюдаться. С этой точки зрения звезды типа RV Тельца можно отнести к полуправильным.

Долгопериодические переменные звезды – звезды, у коготорых период колебания блеска происходит с периодом в сотни дней.

Это звёзды типа ω (омега) Кита. Амплитуда изменения блеска достигает 10-й (!) звёздной величины. Период переменности сильно разнится и лежит в интервале 90 — 730 суток.