Світність
Довгий час астрономи вважали, що різниця видимого блиску зірок пов'язана лише з відстанню до них: що далі зірка, то менш яскравою вона повинна здаватися. Але коли стали відомі відстані до зірок, астрономи встановили, що іноді більш далекі зірки мають більший видимий блиск. Отже, видимий блиск зірок залежить не тільки від їхньої відстані, а й від дійсної сили їхнього світла, тобто від їхньої світності. Світність зірки залежить від розмірів поверхні зірок і від її температури. Світність зірки виражає її справжню силу світла проти силою світла Сонця. Наприклад, коли кажуть, що світність Сиріуса дорівнює 17, це означає, що справжня сила його світла більша за силу світла Сонця в 17 разів.
Визначаючи світності зірок, астрономи встановили, що багато зірок у тисячі разів яскравіше Сонця, наприклад, світність Денеба (альфа Лебедя) – 9400. Серед зірок є й такі, які випромінюють у сотні тисяч разів більше світла, ніж Сонце. Прикладом може бути зірка, що позначається літерою S у сузір'ї Золотої Риби. Вона світить в 1 000 000 разів яскравіше Сонця. Інші зірки мають однакову або майже однакову з нашим Сонцем світність, наприклад Альтаїра (Альфа Орла) -8. Існують зірки, світність яких виражається тисячними частками, тобто їхня сила світла в сотні разів менша, ніж у Сонця.
Колір, температура та склад зірок
Зірки мають різний колір. Наприклад, Вега і Денеб - білі, Капелла -жовта, а Бетельгейзе - червона. Чим нижча температура зірки, тим вона червоніша. Температура білих зірок сягає 30 000 і навіть 100 000 градусів; температура жовтих зірок становить близько 6000 градусів, а температура червоних зірок – 3000 градусів і нижче.
Зірки складаються з розпечених газоподібних речовин: водню, гелію, заліза, натрію, вуглецю, кисню та інших.
Скупчення зірок
Зірки у великому просторі Галактики розподіляються досить поступово. Але деякі з них все ж таки накопичуються в певних місцях. Зрозуміло, і там відстані між зірками все одно дуже великі. Але через гігантські відстані такі близько розташовані зірки виглядають як зоряне скупчення. Тож їх так називають. Найвідомішим із зоряних скупчень є Плеяди у сузір'ї Тельця. Неозброєним оком у Плеядах можна розрізнити 6-7 зірок, розташованих дуже близько одна до одної. У телескоп їх видно понад сотню на невеликій площі. Це і є одне скупчення, у якому зірки утворюють більш менш відособлену систему, пов'язану загальним рухом у просторі. Діаметр цього зоряного скупчення близько 50 світлових років. Але навіть при видимій тісноті зірок у цьому скупченні вони насправді досить далекі один від одного. У цьому ж сузір'ї, оточуючи його головну - найяскравішу - червону зірку Аль-Дебаран, знаходиться інше, більш розкидане зоряне скупчення - Гіади.
Деякі зоряні скупчення в слабкі телескопи мають вигляд туманних, розмитих цяток. У сильніші телескопи ці цятки, особливо до країв, розпадаються на окремі зірки. Великі телескопи дають можливість встановити, що це тісні зоряні скупчення, що мають кулясту форму. Тому подібні скупчення отримали назву кульових. Кульових зоряних скупчень зараз відомо понад сотню. Усі вони дуже далеко від нас. Кожна з них складається із сотень тисяч зірок.
Питання про те, що являє собою світ зірок, мабуть, є одним із перших питань, з яким зіткнулося людство ще на зорі цивілізації. Будь-яка людина, що споглядає зоряне небо, мимоволі пов'язує між собою найяскравіші зірки у найпростіші постаті - квадрати, трикутники, хрести, стаючи мимовільним творцем своєї карти зоряного неба. Той самий шлях пройшли і наші предки, що ділили зоряне небо на чітко помітні поєднання зірок, звані сузір'ями. У стародавніх культурах ми знаходимо згадки про перші сузір'я, що ототожнюються із символами богів або міфами, що дійшли до нас у формі поетичних назв - сузір'я Оріона, сузір'я Гончих псів, сузір'я Андромеди і т.д. Ці назви як би символізували уявлення наших предків про вічність і незмінність світобудови, сталість та незмінність гармонії космосу.
26 листопада 2015, 20:07Тема цілком і повністю присвячена зіркам - найважливішим тілам у просторі космосу. Оскільки пост виходить великим, розіб'ю його на частини.
Зірка у Всесвіті є гігантським ядерним вогнищем. Ядерна реакція всередині неї перетворює водень на гелій, завдяки процесу синтезу, так вона набуває своєї енергії.
Попри загальну помилку, варто відзначити, що зірки Всесвіту насправді не мерехтять. Це лише оптичний обман – результат атмосферної інтерференції. Схожий ефект можна спостерігати спекотним літнім днем, дивлячись на розжарений асфальт чи бетон. Гаряче повітря піднімається, і здається, ніби ви дивитеся крізь тремтяче скло. Той самий процес викликає ілюзію зоряного мерехтіння. Чим ближче зірка до Землі, тим більше вона «блиматиме», тому що її світло проходить через щільніші шари атмосфери.
Зірки бувають різні, жовті, білі, червоні, старі та молоді, лисі та сиві… Хоча ні, лисі та сиві зірки живуть у Голлівуді, а зараз не про них.
Справа в тому, що давним-давно, 13 мільярдів років тому, у Всесвіті не було ніяких важких елементів. Ні заліза, ні кисню, ні вуглецю - лише водень та гелій. Тож у перших, древніх зірках теж був цих елементів. Їм довелося варити їх із нуля, з допомогою термоядерного синтезу. З гелію – вуглець, з вуглецю – кремній, магній, з них – залізо. А щойно справа доходила до заліза - зірка вибухала, і у вибуху утворювалися всі інші елементи до урану. Так у Всесвіті з'явилися важкі елементи.
Але не всім їх дісталося порівну. В одних зірках цих елементів більше, а в інших – менше. По спектру зірки можна визначити, чи багато у ній цих елементів, чи мало. Для цього треба розглянути лінії, на які розбивається спектр: наприклад, дає натрій жовті лінії. Ви і самі можете в цьому переконатися, якщо посолите газовий пальник, що горить: полум'я стане жовтим. Але краще все ж таки не солити пальники. Так от, з того, наскільки яскраві різні лінії у спектрі зірки, можна визначити, які елементи там є, і скільки. Саме так уперше було відкрито гелій, ще до того, як його знайшли на Землі.
Астрономи оцінюють величину зірок за шкалою, за якою, що яскравіше зірка, тим менше її номер. Кожен наступний номер відповідає зірці, вдесятеро менш яскравій, ніж попередня. Найяскравішою зіркою нічного неба у Всесвіті є Сіріус. Його видима зоряна величина становить -1.46, а це означає, що він у 15 разів яскравіший за зірку з нульовою величиною. Зірки, чия величина становить 8 і більше, неможливо побачити неозброєним поглядом. Зірки також поділяються за кольорами на спектральні класи, що вказують на їхню температуру. Існують такі класи зірок Всесвіту: O, B, A, F, G, K, і M. Класу Про відповідають найгарячіші зірки у Всесвіті – блакитного кольору. Найхолодніші зірки відносяться до класу М, їх колір червоний.
Типи зірок Всесвіту
Головна послідовність – це період існування зірок Всесвіту, під час якого всередині неї проходить ядерна реакція, що є найдовшим відрізком життя зірки. Наше Сонце зараз перебуває саме у цьому періоді. У цей час зірка зазнає незначних кіл:)я в яскравості і температурі. Тривалість цього періоду залежить від маси зірки. У великих масивних зірок він коротший, а у дрібних довший. Дуже великим зіркам внутрішнього палива вистачає на кілька сотень тисяч років, тоді як малі зірки, як Сонце, сяятимуть мільярди років. Найбільші зірки під час головної послідовності перетворюються на блакитних гігантів.
Зірка гігант має порівняно низьку температуру поверхні, близько 5000 градусів. Величезний радіус, що досягає 800 сонячних та за рахунок таких великих розмірів величезну світність. Максимум випромінювання посідає червону та інфрачервону область спектра, тому їх і називають червоними гігантами.
--- Маса Сонця: 1,9891·10(у тридцятому ступені) кг (332 982 мас Землі), --- Радіус Сонця: 6,9551·10(у восьмому ступені) м.
Зірки карлики є протилежністю гігантів і включають кілька різних підвидів:
Білий карлик - зірки, що проеволюціонували, з масою не перевищує 1,4 сонячних маси, позбавлені власних джерел термоядерної енергії. Діаметр таких зірок може бути в сотні разів менший за сонячний, а тому щільність може бути в 1 000 000 разів більша за щільність води.
Червоний карлик - маленька і щодо холодна зірка головної послідовності, має спектральний клас М чи верхній До. Вони дуже відрізняються від інших зірок. Діаметр та маса червоних карликів не перевищує третини сонячної (нижня межа маси – 0,08 сонячної, за цим йдуть коричневі карлики).
Коричневий карлик - субзіркові об'єкти з масами в діапазоні 5-75 мас Юпітера (і діаметром приблизно рівним діаметру Юпітера), у надрах яких, на відміну від зірок головної послідовності, не відбувається реакції термоядерного синтезу з перетворенням водню на гелій.
Субкоричневі карлики або коричневі субкарлики - холодні формування, що по масі лежать нижче межі коричневих карликів. Їх більшою мірою прийнято вважати планетами.
Чорний карлик - охололі і внаслідок цього білі карлики, що не випромінюють у видимому діапазоні. Являє собою кінцеву стадію еволюції білих карликів. Маси чорних карликів, подібно до мас білих карликів, обмежуються зверху 1,4 масами Сонця.
Крім перелічених, існує ще кілька продуктів еволюції зірок:
Нейтронна зірка. Зоряні утворення з масами близько 1,5 сонячних і розмірами, помітно меншими за білих карликів, близько 10-20 км у діаметрі. Щільність таких зірки може досягати 1000000000000 щільностей води. А магнітне поле в стільки ж разів більше за магнітне поле землі. Такі зірки складаються переважно з нейтронів, щільно стиснутих гравітаційними силами.
Нова зірка. Зірки, світність яких раптово збільшується у 10000 разів. Нова зірка є подвійною системою, що складається з білого карлика і зірки-компаньйона, що знаходиться на головній послідовності. У таких системах газ із зірки поступово перетікає на білий карлик і періодично там вибухає, викликаю спалах світності.
Наднова зірка - це зірка, які закінчують свою еволюцію у катастрофічному вибуховому процесі. Спалах при цьому може бути на кілька порядків більшим, ніж у випадку нової зірки. Такий потужний вибух є наслідком процесів, що протікають у зірці на останній стадії еволюції.
Подвійна зірка - це дві гравітаційно пов'язані зірки, що обертаються навколо загального центру мас. Іноді зустрічаються системи із трьох і більше зірок, у такому загальному випадку система називається кратною зіркою. У тих випадках, коли така зіркова система не надто далеко віддалена від Землі, телескоп вдається розрізнити окремі зірки. Якщо ж відстань значне, то зрозуміти, що перед астрономами подвійна зірка вдається лише за непрямими ознаками - кол:)иям блиску, викликаним періодичними затемненнями однієї зірки іншою та іншим.
Цефеїда – це зірка зі змінною світністю, цикл пульсації якої коливається від кількох секунд до кількох років, залежно від різновиду змінної зірки. Цефеїди зазвичай змінюють свою світність на початку життя та у його завершенні. Вони бувають внутрішніми (змінюють світність у зв'язку з процесами всередині зірки) і зовнішніми, що змінюють яскравість внаслідок зовнішніх факторів, як, наприклад, вплив орбіти найближчої зірки. Це ще називається подвійною системою.
У таких частинах: життєвий цикл зірки, чорні дірки.
У Всесвіті є зірки за силою в тисячі разів слабші за Сонце (з них ми бачимо лише найближчі) у мільйон разів яскравіші за нього. Сила світла зірки порівняно із Сонцем називається її світлоносність. Зірка, що здається нам яскравою, може здаватися такою або через те, що вона близька до нас, або через те, що хоча вона дуже далеко, її справжня світлоносність дуже величезна.
З 20 найближчих зірок до нас тільки три видно неозброєним оком, у з 20 зірок, які нам здаються яскравими, тільки три є найближчими. Найяскравіші зірки прийнято називати зірками 1-ї величини, а найслабші з видимих неозброєним оком – зірками 6-ї величини. Зірки 1-ї величини яскравіші за зірки 6-ї величини у 100 разів. У біноклі видно зірки 8-9-ї величини. Зірок 1-ї величини, особливо яскравих, на небі близько 20, зірок 2-ї величини, таких, як головні сузір'я Великої Ведмедиці, приблизно 70, а зірок, які найяскравіші за зірки 6-ї величини, близько 6000.
Як довго може жити зірка? Спочатку давайте визначимося: під час життя зірки ми маємо на увазі її здатність здійснювати ядерний синтез. Тому що "труп зірки" може довго висіти і після закінчення синтезу.
Як правило, що менш масивна зірка, то довше вона житиме. Зірки з найменшою масою – це червоні карлики. Вони можуть бути з масою від 7,5 до 50 відсотків сонячної. Все, що менш потужне, не може здійснювати ядерний синтез - і не буде зіркою. Сучасні моделі припускають, що дрібні червоні карлики можуть світити до 10 трильйонів років. Порівняйте це з нашим Сонцем, синтез у якому триватиме приблизно 10 мільярдів років – у тисячу разів менше. Після синтезу більшої частини водню, згідно з теорією, легкий червоний карлик стане блакитним карликом, а коли залишки водню буде вичерпано, синтез в ядрі зупиниться, і карлик стане білим.
Найстаріші зірки
Найстаріші зірки - це, виходить, ті, що сформувалися одразу після Великого Вибуху (близько 13,8 мільярда років тому). Астрономи можуть оцінити вік зірок, дивлячись на їхнє зоряне світло - це підказує їм, скільки кожного елемента знаходиться в зірці (наприклад, водню, гелію, літію). Найстаріші зірки, як правило, складаються в основному з водню та гелію, і дуже невелика частина маси відведена важчим елементам.
Найстаріша зі спостережуваних зірок - це SMSS J031300.36-670839.3. Про її відкриття повідомили у лютому 2014 року. Її вік оцінюється в 13,6 мільярда років, і це ще не одна з перших зірок. Таких зірок ще не виявлено, але вони точно можуть бути. Червоні карлики, як ми зазначали, живуть трильйони років, проте їх дуже важко знайти. У будь-якому разі, навіть якщо такі зірки і є, шукати їх – як голку у стозі сіна.
Найтьмяніші зірки
Які зірки тьмяні? Перш ніж ми відповімо на це питання, давайте розберемося, що таке «тьмяне». Чим далі ви від зірки, тим тьмянішою вона виглядає, тому нам просто потрібно прибрати відстань як фактор і виміряти її яскравість, або загальну кількість енергії, що випромінюється зіркою у вигляді фотонів, частинок світла.
Якщо ми обмежимося зірками, які все ще у процесі синтезу, то найнижча світність – у червоних карликів. Найхолоднішою зіркою з найнижчою світністю в даний час є червоний карлик 2MASS J0523-1403. Трохи менше світла – і ми потрапимо до царства коричневих карликів, які вже не є зірками.
Ще можуть бути залишки зірок: білі карлики, нейтронні зірки та . Наскільки тьмяними вони можуть бути? Білі карлики трохи світліші, але остигають протягом довгого часу. Через певний час вони перетворюються на холодні шматки вугілля, що практично не випромінюють світло – стають «чорними карликами». Щоб охолонути, білим карликам потрібно дуже багато часу, тому їх поки що просто немає.
Астрофізики поки не знають, що відбувається з речовиною нейтронних зірок, коли вони остигають. Спостерігаючи надновими в інших галактиках, вони можуть припустити, що в нашій галактиці мало сформуватися кілька сотень мільйонів нейтронних зірок, проте поки що була зафіксована лише мала частина від цього числа. Інші повинні були охолонути настільки, що стали просто невидимими.
А що щодо чорних дірок у глибокому міжгалактичному просторі, на орбіті яких нічого немає? Вони все ще виділяють трохи випромінювання, відомого як випромінювання Хокінга, але його не так багато. Такі самотні чорні дірки, мабуть, світяться менше, ніж рештки зірок. Чи існують вони? Можливо.
Найяскравіші зірки
Найяскравіші зірки також мають властивість бути найпотужнішими. Також вони мають звичай бути зірками Вольфа-Райє, що означає, що вони гарячі та зливають багато маси у сильний зірковий вітер. Найяскравіші зірки також не живуть особливо довго: «живи швидко, помри молодим».
Найяскравішою на сьогоднішній день зіркою (і наймасивнішою) вважається світило R136a1. Про її відкриття було оголошено у 2010 році. Це зірка Вольфа-Райє зі світністю приблизно в 8 700 000 сонячної та масою у 265 разів більшою, ніж наша рідна зірка. Колись її маса становила 320 сонячних.
R136a1 фактично є частиною щільного скупчення зірок під назвою R136. За словами Пола Кроутера, одного з першовідкривачів, «планетам потрібно більше часу для формування, ніж такій зірці – жити та померти. Навіть якби там були планети, жодних астрономів на них не було б, тому що нічне небо було таким самим яскравим, як і вдень».
Найбільші зірки
Незважаючи на величезну масу, R136a1 – не найбільша зірка (за розмірами). Є багато зірок побільше, і всі вони червоні надгіганти - зірки, які все життя були набагато меншими, поки не закінчився водень, не почав синтезуватися гелій, не почалося підвищення температури та розширення. Наше Сонце зрештою теж чекає на таку долю. Водень закінчиться і світило розшириться, перетворившись на червоний велетень. Щоб стати червоним надгігантом, зірці потрібно бути в 10 разів масивнішим, ніж наше Сонце. Фаза червоного надгіганта зазвичай коротка, триває лише від кількох тисяч до мільярда років. Це трохи за астрономічними мірками.
Найбільш відомі червоні надгіганти - це Альфа Антареса та Бетельгейзе, однак і вони досить малі в порівнянні з найбільшими. Знайти найбільший червоний надгігант - дуже безплідна витівка, тому що точні розміри таких зірок дуже важко напевно оцінити. Найбільші повинні бути в 1500 рази ширші за Сонце, а може й більше.
Зірки з найяскравішими вибухами
Високоенергетичні фотони називаються гамма-променями. Вони народжуються внаслідок ядерних вибухів, тому окремі країни запускають спеціальні супутники для пошуку гамма-променів, спричинених ядерними випробуваннями. У липні 1967 року такі супутники за авторством США виявили вибух гамма-променів, який не був спричинений ядерним вибухом. З того часу було виявлено ще багато таких вибухів. Вони, як правило, нетривалі, тривають лише від кількох мілісекунд до кількох хвилин. Але дуже яскраві - набагато яскравіші за найяскравіші зірки. Джерело їх не на Землі.
Що викликає вибухи гамма-променів? Припущення маса. Сьогодні більшість припущень зводиться до вибухів масивних зірок (наднових чи гіпернових) у процесі перетворення на нейтронні зірки чи чорні дірки. Деякі гамма-сплески викликані магнетарами, свого роду нейтронними зірками. Інші гамма-сплески можуть бути результатом злиття двох нейтронних зірок в одну або падіння зірки в чорну дірку.
Найкрутіші колишні зірки
Чорні діри - це не зірки, але їх останки - проте їх кумедно порівнювати з зірками, оскільки такі порівняння показують, наскільки неймовірними можуть бути й ті й інші.
Чорна діра - це те, що утворюється, коли гравітація зірки досить сильна, щоб подолати всі інші сили і змусити зірку колапсувати саму себе до точки сингулярності. З ненульовою масою, але нульовим обсягом така точка в теорії матиме нескінченну щільність. Однак нескінченності в нашому світі зустрічаються рідко, тому у нас просто немає хорошого пояснення того, що відбувається у центрі чорної дірки.
Чорні дірки можуть бути надзвичайно потужними. Чорні дірки, виявлені в центрах окремих галактик, можуть бути у десятки мільярдів сонячних мас. Більше того, матерія на орбіті надмасивних чорних дірок може бути дуже яскравою, яскравішою від усіх зірок галактик. Поблизу чорної діри можуть бути потужні джети, що рухаються майже зі швидкістю світла.
Найбільш зірки, що швидко рухаються.
У 2005 році Уоррен Браун та інші астрономи з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики оголосили про відкриття зірки, що настільки швидко рухається, що вона вилетіла з Чумацького Шляху і ніколи не повернеться. Її офіційна назва – SDSS J090745.0+024507, але Браун назвав її «зіркою-ізгоєм».
Було виявлено й інші стрімкі зірки. Вони відомі як гіперзвукові зірки (hypervelocity stars), або надшвидкі зірки. Станом на середину 2014 року було виявлено 20 таких зірок. Більшість із них, схоже, приходить із центру галактики. Згідно з однією з гіпотез, пара тісно пов'язаних зірок (бінарна система) пройшла поруч із чорною діркою в центрі галактики, одна зірка була захоплена чорною діркою, а інша – викинута з високою швидкістю.
Є зірки, які рухаються ще швидше. Насправді, кажучи загалом, що далі зірка від нашої галактики, то швидше вона віддаляється від нас. Це з розширенням Всесвіту, а чи не рухом зірки у космосі.
Найзмінніші зірки
Яскравість багатьох зірок сильно коливається, якщо дивитися на них із Землі. Вони відомі як змінні зірки. Їх багато: в одній тільки галактиці Чумацький Шлях нараховано близько 45 000 таких.
За словами професора астрофізики Коеля Хельє, найзміннішими з таких зірок є катаклізмичні, або вибухові, змінні зірки. Їхня яскравість може збільшуватися на фактор 100 протягом дня, зменшуватися, знову збільшуватися і так далі. Такі зірки користуються популярністю в астрономів-аматорів.
Сьогодні ми маємо гарне розуміння того, що відбувається з катаклізмичними змінними зірками. Вони являють собою бінарні системи, в яких одна зірка – звичайна, а інша є білим карликом. Матерія звичайної зірки падає на акреційний диск, що обертається довкола білого карлика. Після того, як маса диска буде досить високою, починається синтез, в результаті чого спостерігається збільшення яскравості. Поступово синтез вичерпується і починається знову. Іноді білий карлик руйнується. Варіантів розвитку вистачає.
Найбільш незвичайні зірки
Деякі види зірок дуже незвичайні. Вони необов'язково мають відрізнятися екстремальними характеристиками на кшталт світності чи маси, вони дивні.
Як, наприклад, об'єкти Торна-Житків. Названо їх на честь фізиків Кіпа Торна та Ганни Житков, які вперше припустили їхнє існування. Їхня ідея полягала в тому, що нейтронна зірка може стати ядром червоного гіганта або надгіганта. Ідея неймовірна, але… такий об'єкт нещодавно було виявлено.
Іноді дві великі жовті зірки кружляють настільки близько одна до одної, що незалежно від матерії, що знаходиться між ними, схожі на гігантський космічний арахіс. Відомі лише дві такі системи.
Зірка Пшибильського іноді наводиться як приклад незвичайної зірки, тому що її зоряне світло відрізняється від світла будь-якої іншої зірки. Астрономи вимірюють інтенсивність кожної довжини хвилі, щоб з'ясувати, із чого складається зірка. Зазвичай це не спричиняє труднощів, проте вчені досі намагаються зрозуміти спектр зірки Пшибильського.
За матеріалами listverse.com
