Эволюция звезд, жизнь и смерть звезды.

Эволюционные треки звезд

Эволюция звезды - изменение со временем ее физических характеристик (размеров, температуры, светимости), внутреннего строения и химического состава. Обычно эволюцию звезд иллюстрируют путем построения треков звезд на диаграмме ГР в координата lgL;lgT.

Эволюционное поведение звезды зависит от массы и в меньшей степени от начального химического состава звезды.

Ниже приведены базовые треки для звезд 1 солнечной массы, 5 солнечных масс и 15 солнечных масс, которые имеют характерные этапы эволюции.

Базовый эволюционный трек звезды
с одной солнечной массой

• (1) - ZAMS (Zero Age Main Sequence) модель нулевого возраста на ГП

• (1-4) - горение водорода в ядре (главная последовательность)

• (5-7) - горение водорода в слоевом источнике (провал Герцшпрунга )

• (8-9) - образование красного гиганта (ветвь красных гигантов)

• (8) - расширение внешней конвективной оболочки (до слоев, где идут ядерные реакции, перемешивание, изменение поверхностного хим. состава ("first dredge-up").

• (9) - гелиевая вспышка (загорается гелий в вырожденном ядре)

• (9-10) - исчезновение конвективной оболочки

• (10) - горизонтальная ветвь

• (10 - 13) - спокойное горение гелия в ядре и водорода в слоевом источнике

• (14) - исчерпание гелия в ядре

• (14-15) - вторичное расширение внешней конвективной оболочки ("second dredge-up"), красный сверхгигант, ранняя асимптотическая ветвь сверхгигантов (early-AGB)

• (15) - начало тепловой неустойчивости сверхгиганта (тепловые вспышки в слоевом гелиевом источнике), пульсации

• далее постепенная потеря массы, и в конце концов сброс оболочки, возникновение планетарной туманности и образование вырожденного углеродно-кислородного белого карлика из обнажившегося ядра с массой 0.6М_sun.

Примерная эволюция звезды с 1 массой Солнца

Базовый эволюционный трек звезды с пятью солнечными массами

• (1) - ZAMS (Zero Age Main Sequence) модель нулевого возраста на ГП

• (1-3) - горение водорода в ядре (главная последовательность)

• (4) - исчерпание водорода в ядре

• (4-5) - общее гравитационное сжатие звезды

• (5-6) - возгорание водорода в слоевом источнике

• (6-7) - горение водорода в толстом слое

• (5-7) - провал Герцшпрунга

• (8) -возникновение обширной конвективной оболочки ("first dredge-up").

• (7-9) - фаза красного гиганта (ветвь красных гигантов)

• (9) - загорание гелия (спокойное)

• (9-10) - исчезновение конвективной оболочки

• (10-11) - горизонтальная ветвь

• (9-13) - горение гелия в ядре и водорода в слоевом источнике

• (14) - исчерпание гелия

• (15) - вторичное расширение внешней конвективной оболочки ("second dredge-up"), звезда переходит на асимптотическую ветвь сверхгигантов c тепловыми пульсациями в слоевом гелиевом источнике (TP-AGB). Красный сверхгигант, сжатие углеродного ядра, горение гелия в слоевом источнике и водорода в слоевом источнике

• далее постепенный сброс оболочки, возникновение планетарной туманности и образование белого карлика из обнажившегося ядра c массой 0.85М_sun.

Базовые треки для звезд 1М_sun и 5М_sun - из статьи C.F.Frost & J.C.Lattanzio "AGB Stars: What Should Be Done?" Proceedings of the 32nd Liege International Astrophysical Colloquim, July 3-5, 1995, Universite de Liege, Institute d'Astrophysique, B-400 Liege-Belgium

Схематические эволюционные треки звезд
с 1,5, и 25 солнечными массами

Теоретические схематические треки на диаграмме ГР для звезд низких (1М_sun), средних (5М_sun) и высоких(25М_sun) масс (рисунок из статьи Iben I.Jr. "Single and binary star evolution" Ap.J.Suppl. 1991 76, 551).

Ядерное горение в ядре отмечено толстыми линиями на соответствующих треках. Эволюционные треки для 1М_sun и 5М_sun описаны выше. Эволюционный трек массивных звезд (голубых гигантов с М _*10М_sun) обладает рядом особенностей:

• трек монотонный без петель.

• гелий загорается спокойно, еще до того как звезда достигнет ветви красных гигантов

• также спокойно загорается углерод и дальнейшие элементы

• коллапсирующее ядро и образование или нейтронной звезды или черной дыры

• оболочка разлетается во время взрыва сверхновой II типа

Гелий загорается в ядре до того, как звезда достигнет ветви красных гигантов и звезда продолжает монотонно эволюционировать в сторону покраснения, в то время как гелий горит в конвективном ядре, а водород горит в слоевом источнике, обеспечивая большую часть светимости звезды. После исчерпания гелия в ядре температура там так высока, что происходит загорание углерода (спокойное, без углеродной детонации, так как газ невырожден). Загорание происходит до того, как звезда достигнет ветви сверхгигантов. В течении всего времени горения углерода в ядре происходит отток энергии из ядра за счет охлаждения нейтронами, а основным источником поверхностной светимости является горение водорода и гелия в слоевых источниках. Ядерное превращение элементов в ядре может продолжаться до элементов железного пика, после чего ядро коллапсирует, образуя или нейтронную звезду или черную дыру (в зависимости от массы ядра), а внешние слои разлетаются, что выглядит как взрыв сверхновой II типа.

Оценки времен жизни на разных этапах эволюции звезд