Гиганты и карлики

Любое предположение может стать фактом при изучении космоса. Человек смог углубиться в недра атома, в просторы Вселенной и понять, что дна там не видно: мир кажется бесконечным во все стороны.

Если рассматривать звёзды, то сразу хочется задаться вопросом: какой есть предел размеров и масс у светил космоса?

Звёзды – это сгусток лёгких веществ, находящихся в состоянии плазмы при сверхвысоких температурах. Температуру обеспечивают термоядерные реакции, в основном за счёт превращения водорода в гелий.

Существование звёзд обязано нескольким противодействующим силам: гравитационного сжатия (пытающаяся звезду превратить в точку) с одной стороны, газового и лучистого давления (стремящихся увеличить объём звезды) – с другой стороны. Стоит немного уступить одной из сторон – неминуема катастрофа: звезда либо сожмётся под действием гравитации (при массах, больших в 2,5-3 раза солнечной — вплоть до чёрной дыры), либо расширится до красных гигантов (медленно или взрывом, иногда до полного рассеяния в космическом пространстве).

Время жизни звёзд до подобных метаморфоз также зависит от многих факторов. Но главные из них всегда – исходные масса и размер. Благодаря тому, что мы с Земли видим огромное количество звёзд (в нашей галактике и других звёздных островах), астрономы  проследили эволюцию всех типов звёзд. Есть звёзды, которые существуют в определённом качестве несколько миллионов лет (гиганты), а есть звёзды почти возраста Вселенной и они могут прожить триллионы лет (карлики)!

Американец Норрис Рассел и датчанин Эйнар Герцшпрунг выстроили данные об изученных звездах в одну систему координат, где их положение по вертикальной оси зависит от светимости, а по горизонтальной — от температуры.

Получилась диаграмма, на которой чётко определились три группы звёзд, укладывающиеся в последовательности: главная (90% таких звёзд во Вселенной, среди них – наше Солнце), группа гигантов и сверхгигантов, и группа белых карликов

Выявленная закономерность между энергией и излучением звезды, связанная с протеканием внутреннего термоядерного процесса, стала иллюстрацией самой наглядной динамики во Вселенной — эволюции звезд.

Все звёзды формируются из коллапсирующего газообразного вещества (туманностей или молекулярных облаков). А затем, в зависимости от накопленной массы, становятся одной из тех, которые просматриваются на диаграмме Герцшрунга-Рассела, и начинают отмеренную природой свою жизнь, зажигая в своих недрах реакции синтеза водорода в гелий.

Есть ли верхний и нижний пределы размеров и масс звёзд? Есть!

Огромные и тяжёлые звёзды, обладая мощной гравитацией, в итоге станут чёрными дырами и их свет больше не будет излучаться.

Считается, что максимальная масса звезды не может превышать 150 масс Солнц. Звёзды с солнечной массой живут порядка десяти миллиардов лет, а с массой в десять раз большей — порядка десяти миллионов лет.

Но в космосе случаются слияния нескольких протозвёзд (звезды на заключительном этапе своего формирования)  или дисковой аккреции на протозвезду. Эти явления почти не ограничивают возможные массы звёзд —  до 1000 масс Солнца!

Интересно, что размер звезды вовсе не означает, что она тяжёлая. Есть звёзды, размер которых превышает радиус Солнца в тысячи раз, при этом по массе – всего лишь в десятки.                Например, известная звезда Бетельгейзе  (ярчайшая в созвездии Орион) – красный сверхгигант. В сравнении с Солнцем радиус Бетельгейзе в 1000 раз больше, а по массе – всего в 17 раз!

Значит, размеры звёзд, в отличие от масс, могут быть просто колоссальными? Астрономы постоянно находят гипергиганты (сверхгиганты размером более 100 радиусов Солнца) не только в нашей галактике, но и в соседних. И также постоянно звёзды ставят рекорды.

До недавнего времени самой большой звездой являлась UY Щита — красный пульсирующий сверхгигант в созвездии Щита, которая находится на расстоянии 9500 световых лет от Солнца. Её радиус на пике пульсаций достигает до 1900 радиусов Солнца и масса 40 солнечных. Если поместить UY Щита в центр Солнечной системы, то её внешняя оболочка дотянется до орбиты Юпитера. Чтобы облететь такую звезду на реактивном самолёте понадобилось бы 1086 лет! Облететь Солнце можно за 205 суток.

На сегодняшний день самой огромной звездой считается другой красный сверхгигант – Стивенсон 2-18 (St2-18). Она тоже находится  в созвездии Щита в рассеянном звёздном скоплении. Расстояние до неё 18900 световых лет, радиус в 2150 раз превышает солнечный, а по массе – в 50 раз! Оболочка такого светила дотянулась бы до орбиты Сатурна!

А вот теперь о самых маленьких звёздах. К ним относят красных карликов (более, чем в 100 раз превосходящих по размеру Юпитер), белые карлики (размером с Землю) и нейтронные звёзды (всего от 10 км в поперечнике).

Красные карлики невозможно увидеть с Земли невооружённым глазом: они по своим размерам небольшие и считаются холодными звёздами основной последовательности. И при этом они самые многочисленные в космосе. Даже ближайшая к нам звезда (после Солнца, разумеется) Проксима в созвездии Центавра – красный карлик, которую без телескопа не увидеть.

Из-за низкой скорости термоядерного сгорания водорода красные карлики имеют очень большую продолжительность жизни — от десятков миллиардов до триллионов лет. В недрах красных карликов невозможны термоядерные реакции с участием гелия, поэтому они не могут превратиться в красные гиганты.

Встречаются также коричневые карлики – но эти объектами звёздами назвать трудно. Скорее, это промежуточный класс объектов между звёздами и планетами. Их масса может составлять от 13 до 75 масс Юпитера, а размер – примерно как у Юпитера. Запасы водорода в них небольшие, и их хватает всего на несколько миллионов лет жизни.   Температура их поверхности не более 2000 градусов, и излучают они в основном в инфракрасном диапазоне. Коричневые карлики могут формировать свою планетную систему (как, например, звезда Cha 110913-773444, расположенная в 500 световых годах от нас в созвездии Хамелеона).

Иногда ставят вопрос о Юпитере: мог ли он стать звездой – коричневым карликом? Конечно, если добавить в 60 раз больше к имеющейся в настоящее время у него массы.

Самая маленькая звезда такого типа была открыта в 2005 году: красный карлик OGLE-TR-122b, входящая в двойную систему в созвездии Киля (второй компонент более массивен, похож на наше Солнце). Диаметр этой звезды 160 тысяч километров (у Юпитера 140 тысяч км (для сравнения)). Масса же OGLE-TR-122b – в 100 раз больше юпитерианской, а плотность вещества —  в 50 раз больше солнечной.

Белые карлики – это звёзды на конечной стадии эволюции небольшой звезды с массой до 1,44 массы Солнца,  лишенные собственных источников термоядерной энергии и живущие до триллиона лет.

Когда в центре звезды выгорает весь водород, ее ядро сжимается до больших плотностей – рождается белый карлик. А внешние слои быстро расширяются, светимость уменьшается и звезда превращается в красного гиганта. Пульсирующий красный гигант затем сбрасывает свою оболочку, которая позже становится расширяющейся туманностью. Такая судьба ждёт и наше Солнце.

Нейтронные звёзды возникают из гигантов в более, чем 4 раза превосходящие Солнце по массе. Происходит это вовремя вспышки сверхновой.

После такого взрыва внешние слои выбрасываются в космос, ядро остается, но оно больше не в состоянии поддерживать ядерный синтез. Без внешнего давления от вышележащих слоев, она коллапсирует и катастрофически сжимается.

Нейтронные звезды имеют диаметр в 10-20 км и обладают большой плотностью: чайная ложка вещества звезды на Земле будет весить около ста миллионов тонн! В ней протоны и электроны объединяются в нейтроны.

Если нейтронные звезды наблюдается в радиодиапазоне, то их называют радиопульсарами, поскольку от них исходит строго периодическое излучение (пульсации). А если у подобной звезды есть сильное магнитное поле, то её называют магнетаром.

Какая же самая маленькая звёздочка, которая астрономам известна сегодня? Конечно, она должна быть нейтронной. И это звезда  с длинным названием CXOU J085201.4-461753 в созвездии Паруса. Звезда имеет диаметр всего 1,2 км!

То есть получается, что самая маленькая звезда примерно в полтора миллиарда раз отличается от самой большой! Нет ничего удивительней мира, в котором мы живём! И это прекрасно!

Методист Детского космического центра

ЛАМАНОВ Виталий Владимирович

Яндекс.Метрика