- Главная
- Астрономия
- Звезды и звездные скопления
Содержание
- 2. Роль звезд в эволюции Вселенной Иосиф Самуилович Шкловский «Самые главные объекты во Вселенной – звезды. Почему?
- 3. А что мы знаем сейчас? Около 74% - неведомая антигравитирующая сущность, которую называют «темная энергия». Если
- 4. До сих пор астрономы не знают точно, как произошло деление почти однородного вещества Вселенной на звезды,
- 5. Главным двигателем эволюции по-прежнему считаются звезды. Звёздный ветер — процесс истечения вещества из звёзд в межзвёздное
- 6. Место звезд в Галактике Звездной плотностью называется число звезд, находящихся в единице объема пространства. За единицу
- 7. Концентрация к центру Галактики (усиливается по мере приближения к центральной области, называемой центральным сгущением Галактики –
- 8. Шаровые скопления Шаровое звёздное скопление — звёздное скопление, отличающееся от рассеянного скопления бо́льшим количеством звёзд, чётко
- 9. Первый туманный объект, который в настоящее время причисляют к шаровым звездным скоплениям, открыл в 1665 году
- 10. Шаровые скопления не встречаются в звездных окрестностях Солнца. Лишь в Южном полушарии неба невооруженным глазом можно
- 11. Наблюдения шаровых скоплений показывают, что они возникают в основном в регионах с эффективным звёздообразованием, то есть
- 12. Движение звезд Скопления при движении вокруг центра Галактики, подходящие к нему слишком близко, сравнительно быстро разрушаются
- 13. Близкий пролет двух звезд Если в процессе пролета они остаются шарообразными, то притягиваются по закону Ньютона,
- 14. Если звезда немного уменьшит свою скорость, то она начинает падать к центру скопления. Поэтому массивные звезды,
- 15. Динамическое трение Через пространство, наполненное маленькими легкими звездами, летит массивное звездное скопление. Каждая звезда, притягиваясь к
- 16. Таким образом, под действием двух эффектов: испарения звезд торможения за счет динамического трения скопления движутся по
- 17. А где газ??? В шаровых скоплениях немало красных гигантов, которые не могут не терять вещество из
- 18. Диаграмма Г-Р для шаровых скоплений У шаровых скоплений на диаграмме Г-Р вправо от главной последовательности находятся
- 19. Масса, химический состав и возраст – основные характеристики звезд! Две последние можно считать одинаковыми для всех
- 20. Рассеянные скопления Рассеянное звёздное скопление — звёздное скопление, в котором, в отличие от шарового, содержится сравнительно
- 21. Рассеянные скопления звезд бывают близкие и далекие, молодые и старые, концентрированные и не очень. Рассеянные скопления
- 22. Диаграмма Г-Р для рассеянных скоплений На диаграмме Г-Р хорошо выделяется главная последовательность, а на диаграмме для
- 23. Гиады Гиады (греч. — «дождливые») — рассеянное звёздное скопление, видимое невооружённым глазом. Ярчайшие звёзды скопления образуют
- 24. Плеяды Плея́ды (M45; иногда также используется собственное имя Семь сестёр, старинное русское название — Стожары или
- 25. В Плеядах много бурых карликов — субзвёздных объектов с массой менее 8 % солнечной, что недостаточно
- 26. Звездные ассоциации Звёздные ассоциации — группировки гравитационно несвязанных звёзд или слабосвязанных молодых (возраст до нескольких десятков
- 28. Основные параметры звезды светимость L, масса m, радиус R Их численные значения принято выражать соответственно в
- 29. Несмотря на то, что доля элементов тяжелее гелия в химическом составе звёзд исчисляется не более чем
- 30. Зависимости между параметрами состояния различны для звезд разного состава и структуры. Для нахождения этих зависимостей значения
- 31. Диапазон звездных масс необычайно широк и простирается от 0,1 до 150M Солнца. Это означает, что наилегчайшее
- 32. Начальная функция масс (НФМ) эмпирическая функция, описывающая распределение масс звёзд в элементе объёма с точки зрения
- 33. НФМ звёзд более массивных, чем наше Солнце впервые была записаны Эдвином Солпитером в 1955 году. В
- 34. От значения температуры сильно зависит характер ядерных реакций в недрах звезды. На рисунке отмечены условия, соответствующие
- 36. Скачать презентацию
Роль звезд в эволюции Вселенной
Иосиф Самуилович
Шкловский
«Самые главные объекты во Вселенной –
Роль звезд в эволюции Вселенной
Иосиф Самуилович
Шкловский
«Самые главные объекты во Вселенной –
Звезда — это гравитационно связанная непрозрачная для излучения масса вещества, светимость которой в основном поддерживается происходящими в ней термоядерными реакциями.
А что мы знаем сейчас?
Около 74% - неведомая антигравитирующая сущность,
А что мы знаем сейчас?
Около 74% - неведомая антигравитирующая сущность,
Если же ограничиться обычной гравитирующей массой, на которую приходится около четверти средней плотности Вселенной, то примерно 22% заключено в «темном веществе» неизвестной природы и только 4% - в обычном веществе, представленном в таблице Менделеева. Именно в эти 4% умещаются все звезды, планеты, межзвездная и межгалактическая среда.
Но и в этой 4-процентной группе роль звезд оказалась не самой важной. Почти 4/5 массы вещества заключено в межгалактическом газе. Даже если не принимать в расчет темную энергию и темную материю, то в подгруппе обычного вещества звездам принадлежит всего около 10%!
Тезис о том, что Вселенная — это звезды, оказался неверным!
До сих пор астрономы не знают точно, как произошло деление почти
До сих пор астрономы не знают точно, как произошло деление почти
Основная эволюция вещества Вселенной происходила и происходит в недрах звезд. Именно там находится тот плавильный котел, который обусловил химическую эволюцию вещества во Вселенной, обогатив его тяжелыми элементами. Именно там вещество превращается из идеального газа в нейтронную материю. Огромное значение имеет исследование взаимосвязи между звездами и межзвездной средой, включающее проблему непрерывного образования звезд из конденсирующейся межзвездной среды.
Наличие звезд подчеркивает необратимость процессов эволюции вещества во Вселенной! Ведь звезды в основном излучают за счет необратимого превращения водорода в более тяжелые элементы. Постоянно накапливающиеся во Вселенной конечные продукты эволюции звезд - белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры также подчеркивают необратимый характер эволюции Вселенной.
Главным двигателем эволюции по-прежнему считаются звезды.
Звёздный ветер — процесс истечения вещества из
Главным двигателем эволюции по-прежнему считаются звезды.
Звёздный ветер — процесс истечения вещества из
Звёздный ветер является способом переноса вещества на значительные расстояния в космосе. Помимо того, что он сам по себе состоит из вещества, истекающего из звёзд, он может воздействовать на окружающее межзвёздное вещество, передавая ему часть своей кинетической энергии. Так, форма эмиссионной туманности NGC 7635 «Пузырь» образовалась в результате такого воздействия.
Место звезд в Галактике
Звездной плотностью называется число звезд, находящихся в единице
Место звезд в Галактике
Звездной плотностью называется число звезд, находящихся в единице
Считаем число звезд на единице площади (например, на 1 кв. град) в различных участках неба.
Бросается в глаза необычайно сильное увеличение звездной плотности по мере приближения к полосе Млечного Пути, средняя линия которого близка к некоторому большому кругу на небесной сфере. Солнце расположено на 20-25 пк выше (севернее) плоскости симметрии нашей галактики. По мере приближения к полюсу этого круга звездная плотность быстро уменьшается. Эти факты уже в конце XVIII в. позволили У. Гершелю сделать правильный вывод о том, что наша звездная система имеет сплющенную форму, причем Солнце недалеко от плоскости симметрии этого образования. И по мере удаления от Солнца в каждом направлении звездная плотность убывает. Если в этом направлении межзвездное поглощение света несущественно, то можно оценить расстояние, на котором произойдет существенное уменьшение звездной плотности, и тем самым определить условную границу Галактики. Зная звездную плотность на разных расстояниях и в различных направлениях, можно составить представление о структуре Галактики. По направлению к центру Галактики, а также по мере приближения к ее плоскости звездная плотность возрастает и в центре достигает 105-106 звезд в 1 пк3.
Концентрация к центру Галактики (усиливается по мере приближения к центральной области,
Концентрация к центру Галактики (усиливается по мере приближения к центральной области,
Размер видимого диска Галактики составляет около 30 кпк.
Самые молодые объекты (ранние спектральные классы О и В, цефеиды, сверхновые звезды второго типа, рассеянные звездные скопления, звездные ассоциации, пыль и газ) образуют наиболее тонкий диск толщиной 100-200 пк. Это плоская составляющая нашей Галактики. Старые звезды и связанные с ними планетарные туманности образуют более толстый диск толщиной в несколько сотен парсеков (звездный диск Галактики).
Звезды типа RR Лиры и W Девы, субкарлики и шаровые скопления гораздо слабее концентрируются к галактической плоскости. Их принято относить к гало, или сфероидальной (сферической) составляющей.
Они обнаруживают сильную концентрацию к центру Галактики. Сфероидальная составляющая постепенно переходит в сферическое гало, объекты которого могут встречаться до расстояний 50-100 кпк от центра. Их пространственное распределение можно описать степенным законом вида r-n с показателем степени n = 3 - 3,5.
Шаровые скопления
Шаровое звёздное скопление — звёздное скопление, отличающееся от рассеянного скопления бо́льшим количеством звёзд, чётко очерченной
Шаровые скопления
Шаровое звёздное скопление — звёздное скопление, отличающееся от рассеянного скопления бо́льшим количеством звёзд, чётко очерченной
Впервые выделил шаровые скопления как особый класс объектов в начале XIX века У. Гершель. Шаровые скопления обращаются вокруг центра масс галактики по сильно вытянутым орбитам со скоростями ≈200 км/с и периодом обращения 108—109 лет. Возраст шаровых скоплений нашей Галактики приближается к её возрасту. Это удивительно, но по моделям их возраст может превосходить космологический возраст Вселенной! Объяснить несоответствие возрастов можно пока неполным пониманием тонкостей эволюции звезд и Вселенной.
Первый туманный объект, который в настоящее время причисляют к шаровым звездным
Первый туманный объект, который в настоящее время причисляют к шаровым звездным
В начале прошлого столетия американский астроном Х. Шепли окончательно установил, что между типичными шаровыми и рассеянными скоплениями есть важные различия в том, из каких звезд они состоят. Различия были признаны столь существенными, что сейчас звездные скопления в нашей Галактике классифицируют как шаровые или рассеянные только на основании звездного состава, без учета внешнего вида.
Звездные скопления в основном обозначаются их порядковыми номерами в каталоге Мессье (М) или Новом генеральном каталоге скоплений и туманностей (NGC).
Самые распространенные обозначения для слабых шаровых скоплений – Новый генеральный каталог (NGC) Й. Дрейера.
В 20-е годы XIX века впервые были обнаружены звездные скопления, принадлежащие другим галактикам (Магеллановым Облакам). Это сделал Дж. Данлоп.
Харлоу Шепли
Шарль Мессье
Звезды в ШС находятся примерно на расстоянии 6 световых месяцев друг от друга, а в ядрах скоплений расстояние сокращается до 2 световых месяцев.
Расстояния до ШС определяют по переменным (цефеидам), находящимся в скоплении.
Светимость этих скоплений обычно в сотни и тысячи раз больше, чем у рассеянных звездных скоплений. И это несмотря на то, что в них нет ярких звезд.
Шаровые скопления не встречаются в звездных окрестностях Солнца. Лишь в Южном
Шаровые скопления не встречаются в звездных окрестностях Солнца. Лишь в Южном
Наблюдения шаровых скоплений показывают, что они возникают в основном в регионах
Наблюдения шаровых скоплений показывают, что они возникают в основном в регионах
Также исследования показывают существование связи между массой центральной сверхмассивной чёрной дыры и размерами шаровых скоплений в эллиптических и линзовидных галактиках. Масса чёрной дыры в таких галактиках часто близка к суммарной массе шаровых скоплений галактики.
Считается, что шаровые скопления не являются благоприятным местом для существования планетных систем, поскольку орбиты планет в ядрах плотных скоплений динамически неустойчивы из-за возмущений, вызываемых прохождением соседних звёзд. Планета, вращающаяся на расстоянии 1 а. е. от звезды в ядре плотного скопления, теоретически могла бы просуществовать только 100 млн лет. Тем не менее учёными обнаружена планетная система около пульсара PSR B1620-26 в шаровом скоплении М4, однако эти планеты, вероятно, образовались после события, приведшего к образованию пульсара.
Некоторые шаровые скопления, например, Омега Центавра в Млечном Пути и Mayall II в галактике Андромеда, чрезвычайно массивны (несколько миллионов солнечных масс) и содержат звёзды из нескольких звёздных поколений. Эти оба скопления можно считать свидетельством того, что сверхмассивные шаровые скопления являются ядром карликовых галактик, поглощённых гигантскими галактиками. Около четверти шаровых скоплений в Млечном Пути, возможно, были частью карликовых галактик.
Движение звезд
Скопления при движении вокруг центра Галактики, подходящие к нему слишком
Движение звезд
Скопления при движении вокруг центра Галактики, подходящие к нему слишком
И для этого есть три основное причины.
кинетическая энергия: легкие движутся быстрее.
согласно статистическим законам распределения, не все звезды имеют одинаковую (среднюю) скорость, встречаются также менее быстрые и более быстрые звезды.
взаимодействие трех и более звезд. Например, две звезды объединяются в медленно движущуюся гравитационно связанную систему, а третья звезда, унося энергию связи, выстреливается прочь.
Близкий пролет двух звезд
Если в процессе пролета они остаются шарообразными, то
Близкий пролет двух звезд
Если в процессе пролета они остаются шарообразными, то
Если звезда немного уменьшит свою скорость, то она начинает падать к
Если звезда немного уменьшит свою скорость, то она начинает падать к
Теория: вдали от центра Галактики может сохраниться длительное время любое скопление, а в близи центра Галактики выживают только компактные и при этом массивные скопления.
Наблюдения: так и есть!
Динамическое трение
Через пространство, наполненное маленькими легкими звездами, летит массивное звездное скопление.
Динамическое трение
Через пространство, наполненное маленькими легкими звездами, летит массивное звездное скопление.
Таким образом, под действием двух эффектов:
испарения звезд
торможения за
Таким образом, под действием двух эффектов:
испарения звезд
торможения за
скопления движутся по некоторым траекториям:
легкие скопления испаряются,
тяжелые – падают к центру Галактики.
А где газ???
В шаровых скоплениях немало красных гигантов, которые не
А где газ???
В шаровых скоплениях немало красных гигантов, которые не
Наиболее правдоподобным механизмом удаления диффузного вещества из скопления представляется его взаимодействие с диффузным веществом Галактики не только при прохождениях через галактическую плоскость, но и при движении скопления через гало Галактики. Если газовое вещество скоплений активно взаимодействует с газом галактической среды, о чем свидетельствует рентгеновское излучение, то газ будет активно выталкиваться из скоплений.
Диаграмма Г-Р для шаровых скоплений
У шаровых скоплений на диаграмме Г-Р вправо
Диаграмма Г-Р для шаровых скоплений
У шаровых скоплений на диаграмме Г-Р вправо
На диаграммах Г-Р для некоторых скоплений, например для М3, над точкой поворота главной последовательности находится группа звезд, отставших от других в общем эволюционном движении вправо. Для их обозначения часто используется термин «страглеры», что в переводе с английского означает «отставшие». Была выдвинута гипотеза, что они являются звездами второго галактического поколения, то есть недавно образовавшимися в скоплении и не успевшими, поэтому отойти от главной последовательности на диаграмме Г-Р. Однако образоваться в скоплении им не из чего.
Возможно «страглеры» задержались на главной последовательности из-за того, что они, входят в состав тесных двойных систем, в которых осуществляется интенсивный обмен веществом между компонентами. Они могут оказаться звездами, захваченными скоплениями при пролете через густо населенные звездами области галактического диска.
Масса, химический состав и возраст – основные характеристики звезд!
Две последние можно
Масса, химический состав и возраст – основные характеристики звезд!
Две последние можно
Доля тяжелых элементов в звездах шаровых скоплений колеблется от 0,1 до 0,01%. Это отличие объясняется различием условий в Галактике, в которых образовывались рассеянные и шаровые скопления. Последние сформировались в сферической газовой протогалактике, вещество которой еще не было обогащено тяжелыми химическими элементами, а рассеянные скопления – из обогащенными тяжелыми элементами газа, осевшего в плоскости вращения Галактики – в ее диске.
Различие в химическом составе оценивается по ультрафиолетовому избытку в показателе цвета: спектральные линии тяжелых элементов преимущественно располагаются в коротковолновой части оптического спектра.
Минимальное содержание тяжелых элементов наблюдается именно у старых скоплений сферической составляющей Галактики, движущихся по очень вытянутым орбитам. У столь же старых шаровых скоплений, расположенных в диске, содержание тяжелых элементов в 10 раз больше, чем у скоплений сферической составляющей, но все же в 10 раз меньше, чем у рассеянных скоплений.
Обычно можно считать, что все звезды одного скопления родились вместе, но в момент рождения имели неодинаковую массу. Чем больше масса звезды, тем быстрее протекает ее эволюция. Да и сами пути эволюции звезд высокой и низкой массы не совсем одинаковы.
Различие в химических составах звезд ШС для некоторых звезд можно объяснить выносом вещества к поверхности, которое уже прошло переработку в термоядерных реакциях, идущих в звездных недрах. В других случаях считают, что облако, из которого образовалось скопление, было химически неоднородным.
Рассеянные скопления
Рассеянное звёздное скопление — звёздное скопление, в котором, в отличие от шарового, содержится
Рассеянные скопления
Рассеянное звёздное скопление — звёздное скопление, в котором, в отличие от шарового, содержится
Рассеянные скопления встречаются в диске Галактики. Всего известно около 1500 таких объектов в радиусе нескольких кпк от Солнца. В нашей звездной системе должно быть несколько десятков тысяч таких скоплений.
Рассеянные скопления звезд бывают близкие и далекие, молодые и старые, концентрированные
Рассеянные скопления звезд бывают близкие и далекие, молодые и старые, концентрированные
Диаграмма Г-Р для рассеянных скоплений
На диаграмме Г-Р хорошо выделяется главная последовательность,
Диаграмма Г-Р для рассеянных скоплений
На диаграмме Г-Р хорошо выделяется главная последовательность,
У молодых рассеянных скоплений, ассоциирующихся со спиральными рукавами галактики, характерный состав. В них редко встречаются
красные и жёлтые гиганты и совершенно нет красных
и жёлтых сверхгигантов. В то же время белые и
голубые гиганты, сами по себе являющиеся редкими видами звёзд, в рассеянных скоплениях встречаются гораздо чаще. Также, в рассеянных скоплениях чаще, чем в других местах Галактики, можно встретить и ещё более редкие звёзды — белые и голубые сверхгиганты, то есть, звёзды чрезвычайно высокой светимости и
температуры, излучающие в сотни тысяч и даже миллионы раз больше, чем наше Солнце.
Сводная диаграмма Г-Р для ряда хорошо изученных рассеянных звездных скоплений (получена совмещением ГП разных скоплений с ГП скопления Гиады). Стрелкой показано положение Солнца, Tэ - эффективная температура, L - светимость.
Эффекти́вная температу́ра — параметр, характеризующий светимость (полную
мощность излучения) небесного тела, т. е. это температура абсолютно чёрного тела с размерами, равными размерам небесного тела и излучающего такое же количество
энергии в единицу времени.
Гиады
Гиады (греч. — «дождливые») — рассеянное звёздное скопление, видимое невооружённым глазом. Ярчайшие звёзды скопления образуют
Гиады
Гиады (греч. — «дождливые») — рассеянное звёздное скопление, видимое невооружённым глазом. Ярчайшие звёзды скопления образуют
Гиады располагаются всего лишь в 150 световых годах от Земли и являются самым близким рассеянным звёздным скоплением. Диаметр Гиад составляет 75 световых лет, центральная группа звёзд скопления занимает сферу диаметром примерно 10 световых лет. Согласно диаграмме Г — Р, его возраст составляет 625 ± 50 миллионов лет.
Скопление получило своё название в честь Гиад из древнегреческой мифологии —
пятерых дочерей Атланта, сводных сестёр Плеяд.
Плеяды
Плея́ды (M45; иногда также используется собственное имя Семь сестёр, старинное русское название — Стожары или Волосожары, в
Плеяды
Плея́ды (M45; иногда также используется собственное имя Семь сестёр, старинное русское название — Стожары или Волосожары, в
Расстояние от Земли до скопления Плеяд приблизительно в 135 пк. Звёздное скопление Плеяд имеет около 12 световых лет в диаметре и содержит около 1000 звёзд, принадлежность которых к нему установлена статистически надёжно. Из них многие являются кратными. По оценкам, общее число звёзд скопления около 3000. Преобладают там горячие голубые звёзды. Невооружённым глазом можно увидеть до 14 из них. Общая масса звёзд скопления оценивается в примерно 800 масс Солнца. Возраст скопления по разным оценкам колеблется от 75 до 150 млн. лет.
Девять ярчайших звёзд скопления получили свои имена в честь семи сестёр Плеяд древнегреческой мифологии: Алкиона, Келено, Майя, Меропа, Стеропа, Тайгета и Электра, а также их родителей —Атланта и Плейоны.
В Плеядах много бурых карликов — субзвёздных объектов с массой менее 8 % солнечной,
В Плеядах много бурых карликов — субзвёздных объектов с массой менее 8 % солнечной,
Кроме того, в скоплении есть несколько белых карликов. Они могли быстро образоваться из звёзд большой массы в тесных двойных системах из-за перетекания вещества с них на второй компонент.
Как и большинство рассеянных звёздных скоплений, Плеяды со временем перестанут быть гравитационно связанной структурой. По предварительным оценкам, в течение 250 миллионов лет Плеяды распадутся; влияние гравитации молекулярных облаков и спиральных рукавов галактики только ускорит этот процесс.
При идеальных условиях наблюдения на фотографиях с большой выдержкой можно заметить некоторые признаки туманности вокруг скопления Плеяд, особенно вокруг Меропы и вокруг Майи. Это отражательная туманность, отражающая голубой свет горячих молодых звёзд и открытая в 1859 году.
Ранее считалось, что пыль, образующая туманность — это остатки вещества, из которого образовались звёзды скопления. Однако за 100 миллионов лет это вещество было бы рассеяно давлением звёздного излучения. Видимо, Плеяды просто сейчас движутся по насыщенной космической пылью области пространства.
Звездные ассоциации
Звёздные ассоциации — группировки гравитационно несвязанных звёзд или слабосвязанных молодых (возраст
Звездные ассоциации
Звёздные ассоциации — группировки гравитационно несвязанных звёзд или слабосвязанных молодых (возраст
Звёздные ассоциации обнаружил В. А. Амбарцумян
в 1948 году и предсказал их распад. В отличие от молодых
рассеянных звёздных скоплений, звёздные ассоциации обладают бо́льшим размером (десятки пк, у ядер рассеянных звёздных скоплений — единицы пк) и меньшей плотностью: количество звёзд в ассоциации — от десятков до сотен. Происхождением звёздные ассоциации обязаны областям звёздообразования
комплексов молекулярных облаков.
OB-ассоциации, содержащие в основном массивные звёзды спектральных классов O и B
Т-ассоциации, содержащие в основном маломассивные переменные звёзды типа Т Тельца
R-ассоциации (от R — reflection), в которых звёзды спектральных классов O — A2 окружены отражательными газопылевыми туманностями.
Основные параметры звезды
светимость L, масса m, радиус R
Их численные значения принято
Основные параметры звезды
светимость L, масса m, радиус R
Их численные значения принято
Физическое состояние звезды описывается значением различных параметров; массы, радиуса, средней плотности, светимости, эффективной температуры, спектра, химического состава, средней скорости энерговыделения и ускорения силы тяжести на поверхности.
теорема Ресселла – Фогта:
При заданном химическом составе только один из этих параметров, например, масса, является независимой переменной, все остальные выводятся из него.
Если бы все звезды имели одинаковый химический состав, то их светимость и радиус были бы однозначными функциями массы звезд.
Кроме того, у некоторых звезд играют роль конвекция, вращение и магнитное поле.
В действительности, по мере протекания ядерных реакций в недрах звезды, меняется не только общий хим. состав, но и распределение хим. элементов внутри звезды. На поздних стадиях эволюции звезды имеют сложную структуру, они состоят из ядра и оболочек разного состава, на границе между которыми меняются плотность и температура. Такова структура красных и жёлтых гигантов и сверхгигантов.
Несмотря на то, что доля элементов тяжелее гелия в химическом составе звёзд исчисляется
Несмотря на то, что доля элементов тяжелее гелия в химическом составе звёзд исчисляется
Наблюдатель, зная химический состав звезды, может довольно уверенно судить о времени образования звезды.
Химический состав звёзд очень сильно зависит от типа звёздного населения и отчасти от массы — у массивных звёзд в недрах полностью отсутствуют элементы тяжелее гелия (в молодом возрасте этих звёзд), жёлтые и красные карлики сравнительно богаты тяжёлыми элементами — они помогают зажечься звёздам при небольшой массе газопылевого облака.
Хотя диаграмма ГР основана на сопоставлении спектрального класса (температуры, цвета) с абсолютной звездной величиной (или светимостью), на самом деле положение звезды на этой диаграмме определяется ее массой (а также возрастом и начальным химическим составом — согласно теореме Рассела—Фогта). Чем больше масса, тем сильнее разогреваются недра звезды, тем ярче она светит.
Зависимости между параметрами состояния различны для звезд разного состава и структуры.
Для
Зависимости между параметрами состояния различны для звезд разного состава и структуры.
Для
Массы звезд непосредственно известны только для Солнца и для некоторых двойных звезд. В обоих случаях для определения массы используются законы небесной механики, управляющие в первом случае движением планет, во втором - относительным движением звезд, образующих двойную систему. Косвенно массы звезд можно оценить по соотношению масса - светимость или спектру.
Зависимость масса - светимость для звёзд
(кривая построена по усреднённым данным).
Диапазон звездных масс необычайно широк и простирается от 0,1 до 150M
Диапазон звездных масс необычайно широк и простирается от 0,1 до 150M
Начальный состав звезд примерно одинаков (в том смысле, что не бывает звезд из керосина или шоколада - все они состоят в основном из водорода и гелия). Разница заключается в "приправах" - до нескольких процентов элементов тяжелее гелия. Но, скажем, сейчас в нашей Галактике рождаются звезды примерно солнечного химсостава, так что даже приправлен "звездный суп" примерно одинаково. Остается масса.
Чтобы моделировать большие популяции звезд нужно знать, каковы их свойства в среднем. Самое главное - распределение по массам. Масса звезды может меняться в течение жизни (из-за звездного ветра, из-за сброса оболочки, из-за обмена масс в двойной системе). Это можно промоделировать. Главное знать, какая была масса в начале. Это и есть начальная функция масс.
Начальная функция масс (НФМ)
эмпирическая функция, описывающая распределение масс звёзд в элементе
Начальная функция масс (НФМ)
эмпирическая функция, описывающая распределение масс звёзд в элементе
НФМ является важным предсказательным инструментом для астрономов при изучении большого количества звёзд. Важным является предположение о единстве, универсальности НФМ для всей Галактики или, по крайней мере, для большой ее части. Это предположение связано с возможностью моделирования эволюции характеристик звёздного населения нашей и других галактик.
В настоящее время на основе исследования функций масс рассеянных звёздных скоплений установлено, что в области, занимаемой хорошо исследованными
рассеянными скоплениями, НФМ является универсальной, однако существуют небольшие вариации наклона спектра масс от скопления к скоплению.
Функцию масс можно определять разными способами: от прямых подсчетов звезд, до использования глобальных характеристик (плюс какая-то модель). До сих пор наиболее простым представлением для начальной функции масс считается так называемая функция Солпитера (хотя предложены и более детальные представления):
где dN(M) — количество звезд с массами в интервале от M до M + dM, α - является безразмерным показателем.
НФМ звёзд более массивных, чем наше Солнце впервые была записаны Эдвином Солпитером в 1955
НФМ звёзд более массивных, чем наше Солнце впервые была записаны Эдвином Солпитером в 1955
По сравнению с солпитеровской другие функции масс имеют завалы или на малых массах, или на больших (или и там, и там). Авторы самых известных - Скало и Крупа.
Солпитеровская функция масс применима к объектам с массой от 0,1 до 120 масс Солнца.
По горизонтальной оси отложена масса звезд. По вертикальной - доля массы в логарифмическом бине (интервале) масс. Если бы откладывали число звезд в единичном интервале масс, то кривые круче поднимались бы в сторону меньших масс.
От значения температуры сильно зависит характер ядерных реакций в недрах звезды.
От значения температуры сильно зависит характер ядерных реакций в недрах звезды.
На рисунке отмечены условия, соответствующие центру Солнца и двух звезд главной последовательности — спектральных классов В0 и М0. Из положения Солнца на этом графике видно, что в недрах звезд главной последовательности поздних спектральных классов G, К и М, как и в Солнце, выделение ядерной энергии в основном происходит в результате протон-протонной реакции. В горячих звездах ранних спектральных классов, в недрах которых температура выше и составляет десятки миллионов градусов, главную роль играет превращение водорода в гелий за счет углеродного цикла. В результате этой реакции выделяется значительно большая энергия, чем при протон-протонной реакции, что и объясняет большую светимость звезд ранних спектральных классов.
Таким образом, следует ожидать, что звезды, располагающиеся в различных участках диаграммы спектр — светимость отличаются своим строением. Это подтверждается теоретическими расчетами равновесных газовых конфигураций, выполненными для определенных значений химического состава, массы, радиуса и светимости звезды (так называемых моделей звезд).