Urok24-Физическая природа звезд

Размеры звезд

Звезды за редчайшим исключением наблюдаются как точечные источники света. Даже в самые большие телескопы нельзя увидеть их диски.

Определяют :

1) Непосредственным измерением углового диаметра звезды (для ярких ≥2,5 m , близких звезд, 50 измерено) с помощью интерферометра Майкельсона. Впервые 3декабря 1920г измерен угловой диаметр звезды Бетельгейзе (α Ориона) =  А. Майкельсон (1852-1931, США) и Ф. Пиз (1881-1938, США).

2) Через светимость звезды L=4 π R2σT 4 в сравнении с Солнцем.

По своим размерам, звезды делятся с 1953 года на:

Сверхгиганты  (I) Яркие гиганты  (II)

Гиганты    (III) Субгиганты   (IV)

Карлики главной последовательности  (V)

Субкарлики   (VI) Белые карлики   (VII)

Названия карлики, гиганты и сверхгиганты ввел Генри Рессел в 1913г, а открыл их в 1905г Эйнар Герцшпрунг, введя название "белый карлик".

Размеры звезд 10 км

Например: Красный гигант Гранатовая звезда m Цефея имеет диаметр 1,6 млрд.км; сверхгигант e Возничего А в 2700R  - 5,7 млрд.км! Звезды Лейтена и Вольф-475 меньше Земли, а нейтронные звезды 10 - 15 км.

Масса звезд

Одна из важнейших характеристик звезд, указывающая на ее эволюцию - определение жизненного пути звезды.

Способы определения : 

1. Зависимость масса-светимость L≈m 3,9

2. 3-й уточненный закон Кеплера в физически двойные системах

Самые легкие звезды находятся

в двойных системах:

Ross 614 компоненты имеют массы 0,11 и 0,07M  ,

Wolf 424 массы компонентов 0,059 и 0,051M  ,

LHS 1047 меньший компаньон весит 0,055 M  .

Обнаружены "коричневые карлики" с 0,04 - 0,02M 

Фото КТ им. "Хаббла". Звезда Pismis 24-1 в центре туманности NGC 6357 в 8000 св.г. в созвездии Скорпиона – это три звёзды с массами порядка 70 солнечных.

Здесь же звёзда Pismis 24-17 имеет массу в 100 M  .

На один гигант с массой в 65 M  приходится 18000 звёзд, по размерам близких к Солнцу.

Диаграмма «масса-светимость»

Теоретически масса звезд 0,005M 

Плотность звезд

находится ρ=М/V=M/(4/3 π R 3 )

Хотя массы звезд  имеют меньший разброс, но размеры значительно отличаются, поэтому и плотности их сильно различаются. Чем больше размер звезды, тем меньше плотность.

Самая маленькая плотность у сверхгигантов: Антарес (α Скорпиона) R=750R  , M=19M  , ρ=6,4 . 10 -5 кг/м 3

Бетельгейзе (α Ориона) R=900 R  , M=20M  , ρ=3,9 . 10 -5 кг/м 3 .

Очень большие плотности имеют белые карлики: Сириус В, R=0,02 R  , M=M  , ρ=1,78 . 10 8 кг/м 3 ,

но еще больше плотность нейтронных звезд.

Средние плотности звезд изменяются в интервале от 10 -6 г/см 3 до 10 14 г/см 3 - в 10 20 раз!

Химический состав

Химический состав звезды отражает влияние факторов: природы межзвездной среды и тех ядерных реакций, которые развиваются в звезде в течение ее жизни. Начальный состав звезды близок к составу межзвездной материи из которой возникла звезда.

Химический состав определяется по спектру (интенсивности фраунгоферовых линий), зависящего также от температуры, давления и плотности фотосферы, наличием магнитного поля. Звезды состоят из тех же химических элементов, которые известны на Земле, но в основном из водорода и гелия (95-98% массы) и других ионизированных атомов, а у холодных звезд в атмосфере присутствуют нейтральные атомы и даже молекулы.

Остатки сверхновой NGC 6995 - это горячий светящийся газ, образовавшийся после взрыва звезды 20-30 тысяч лет назад. Подобные взрывы активно обогащали пространство тяжелыми элементами из которых впоследствии образовывались планеты и звезды следующего поколения

По мере повышения температуры состав частиц, способных существовать в атмосфере звезды, упрощается. Спектральный анализ звёзд классов О, B, A ( Т от 50 000 до 10 000 0 С) показывает в их атмосферах линии ионизированных  водорода, гелия и ионы металлов, в классе К ( 5000 0 С) обнаруживаются уже радикалы, а в классе М ( 3800 0 С) - молекулы оксидов.

Близлежащие звезды

Обозначение

Звёздная система

Солнце

Спектр. класс

Звезда

  Звёздная величина

α Центавра

Проксима

вид.

G2V

M5.5Ve

Центавр A

-26,58

абс.

Светимость

11,05

G2V

4,84

Звезда Барнарда ( ß Змееносца)

Темп ,K

Центавр B

15,53

-0,01

Вольф 359 (CN Льва)

K0V

1

Радиус

4,38

1,33

Лаланд 21185 (Б.Медведица)

M4.0Ve

Масса

0,000055

5780

1,0

2900

1,56

Парал.

M6.0V

Сириус (α Большого Пса)

5,71

9,54

Сириус A

M5.5e

13,53

13,22

1

0,145

5790

0,453

1,227

A1V

7,50

Сириус B

0,12

16,55

5260

0,000449

0,772"

10,44

-1,46

0,907 

Сириус С

DA2

Luyten 726-8

0,000019

3200

0,865

1,47

M5-9

8,68

UV Кита

0,747"

0,00555

0,161

1,095

BL Кита

Росс 154 (V1216 Стрельца)

M5.5e

11,34

0,166

23,55

0,15

3500

M6.0e

13,02

Росс 248 (HH Андромеды)

0,00207

0,547"

10400

0,092

15,40

M3.5Ve

12,52

ε Эридана

1,7-1,9

0,419"

0,448

8000

10,6

15,85

Лакайль 9352 (CD-36°15693)

0,393"

2,14

M5.5Ve

0,000042

0,92 з

2000

13,07

K2V

2800

0,000068

Росс 128 (FI Девы)

1,03

12,29

0,380"

3,73

14,79

0,05

2800

0,000417

0,14

M1.5Ve

M4.0Vn

0,14

0,102

6,19

0,000108

0,24

0,109

9,75

0,374"

0,305

13,51

0,171

0,17

5100

0,337"

0,84

  0,00054

0,121

0,52

0,850

0,316"

0,529

0,16

0,310"

0,304"

0,156

0,299"

Звёзды, которые нельзя увидеть невооружённым глазом, помечены серым цветом

Сравнительные характеристики звезд

По спектральным классам

S p

M b

O5

B0

M/M 

- 10,1 m

L/L 

- 7,1 m

60

B5

R/R 

- 2,7 m

16

A0

790000

52000

+ 0,3 m

T эф , K

A5

14

7

t m , лет

+ 1,7 m

3

830

F0

44000

7,4

+2,6 m

30000

54

F5

2

3 × 10 6

3,9

2,4

14

+ 3,4 m

15400

10 7

1,8

G0

12500

+ 4,2 m

6,5

1,5

3 × 10 7

G5

1,7

1,05

+ 4,9 m

K0

3,2

2 × 10 8

1,5

8200

7200

1,5

+ 5,6 m

1,4

K5

6 × 10 8

0,92

M0

+ 6,7 m

0,78

6400

2 × 10 9

0,8

1,1

0,4

+ 7,4 m

6000

0,92

M5

0,69

3 × 10 8

5800

+ 9,6 m

0,51

0,15

5 × 10 8

0,85

M8

0,08

5200

0,72

+ 11,9 m

1,2 × 10 10

0,2

4400

0,60

1,5 × 10 10

0,01

0,1

3800

2 × 10 10

0,27

0,001

5 × 10 10

3200

0,11

2 × 10 11

2600

10 12

10 5 Субгиганты до 50 100 % общего числа звезд 10 4 –10 5 10 5 0,00001 Нормальные звезды 10 до 10 10 6 до 10 1000 0,005-5 0,0001 - белые 0,001 0,1-5 0,001 до 5 100 - желтые 10 7 - красные 3–5 0,01  0,1-10 до 100 10 7 –10 8 1 0,005 1 Белые карлики 10 8 –10 9 0,0001-10 0,1 0,1 - 1   Нейтронные звезды 10 0,1 0,01–1,5 10 9 –10 11 1,5 1,5–3 (до 10) до 90 до 0,007 10 9 1 10 10 3 10 10 0,0001 8–15 км (до 50 км) 10 11 –10 13 0,0001 10 13 –10 14 0,000001 до 10 17 до 10 до 10 19 0,01-0,001 " width="640"

Сравнительные характеристики звезд

по размерам

Классы звезд

Ярчайшие сверхгиганты

Массы М 

Размеры R 

до100

Сверхгиганты

50–100

Плотность г/см 3

10 3 –10 4

Яркие гиганты

Светимость L 

10 2 –10 3

Нормальные гиганты

10–100

0,000001

Время жизни, лет

10 5

Субгиганты

до 50

100

% общего числа звезд

10 4 –10 5

10 5

0,00001

Нормальные звезды

10

до 10

10 6

до 10

1000

0,005-5

0,0001

- белые

0,001

0,1-5

0,001

до 5

100

- желтые

10 7

- красные

3–5

0,01 

0,1-10

до 100

10 7 –10 8

1

0,005

1

Белые карлики

10 8 –10 9

0,0001-10

0,1

0,1 - 1

Нейтронные звезды

10

0,1

0,01–1,5

10 9 –10 11

1,5

1,5–3 (до 10)

до 90

до 0,007

10 9

1

10

10 3

10 10

0,0001

8–15 км (до 50 км)

10 11 –10 13

0,0001

10 13 –10 14

0,000001

до 10 17

до 10

до 10 19

0,01-0,001