Звезды главной последовательности

I. Сверхгиганты

II. Яркие гиганты

III. Гиганты

IV. Субгиганты

V. Карлики главной последовательности. (1)

Подавляющее большинство звезд – звезды карлики. (2) Наше Солнце – звезда-карлик. Согласно астрономической номенклатуре его обозначение G2V – звезда спектрального класса G2, V класса светимости. (3) К этому классу светимости не относят звезды белые карлики, которые значительно меньше звезд главной последовательности. Их мы опишем ниже.

 

Массы звезд. Массы звезд изменяются в широких пределах. Массы самых маленьких звезд около 0.08 массы Солнца. У объектов с меньшими массами в недрах невозможны термоядерные реакции водорода, они не могут называться звездами. Такие объекты излучают энергию, медленно сжимаясь под действием собственной гравитации, они называются коричневыми карликами (5). Наиболее яркие такие объекты в инфракрасной части спектра. Известные самые массивные звезды (например, h Киля) более 150 солнечных масс. (4)

Более массивные звезды главной последовательности большего размера (но это не относится к звездам, не лежащим на главной последовательности!) Поле тяготения более массивных звезд сильнее, выше температура и больше давление в ядре. Поэтому термоядерные реакции в их недрах идут интенсивнее. Более массивные звезды вырабатывают больше энергии, они горячее. Для звезд главной последовательности справедлива зависимость масса-светимость:

,

где L – светимость звезды главной последовательности, L_SUN – светимость Солнца, М – масса звезды главной последовательности, М_SUN – масса Солнца.

 

1. Чем определяются классы светимости звезд? Перечислите их.
2. Звезд какого класса светимости большинство?
3. К какому классу относят наше Солнце?
4. В каких пределах лежат массы звезд?
5. Как называются объекты, масса которых недостаточна для образования звезды?

 

Время жизни звезд  главной последовательности. С того момента, когда в ядре протозвезды водород вступает в термоядерный синтез, звезда выходит на главную последовательность. (1) На главной последовательности («горение» водорода) звезда проводит большую часть своей жизни. По этой причине большинство звезд на небе относятся к звездам главной последовательности. (2) На этом этапе своей жизни звезды спокойны, все изменения протекают медленно.

Продолжительность пребывания звезды на главной последовательности зависит  от ее массы. Массивные звезды горячи и быстро «старятся». Чем больше масса, тем больше тяготение, больше давление и температура внутри звезды. Это увеличивает интенсивность  термоядерных реакций. (3) Существует зависимость между временем жизни на главной последовательности, t, и массой звезды, М:

,

где t_SUN – время жизни Солнца на главной последовательности, M_SUN – масса Солнца. Время жизни Солнца на главной последовательности оценивается в 10 млрд. лет. (4) Звезда в 10 раз массивнее Солнца будет оставаться на главной последовательности только 30 млн. лет. Звезда в 10 раз легче Солнца останется на главной последовательности в течение 3 триллионов лет (3000 млрд. лет).

Когда водород в недрах звезды исчерпывается, увеличиваются их радиусы. Однако температура поверхности изменяется незначительно. С ростом радиуса увеличивается и светимость, – пропорционально квадрату радиуса. Например, в течение следующих 5 млрд. лет, светимость Солнца увеличится на 60%.

 

Состав звезд. Наблюдения спектральных линий показывают, что они принадлежат разным химическим элементам. Все звезды состоят преимущественно из водорода и следующего по распространенности гелия. Содержание элементов в звезде, в общем, уменьшается по мере продвижения по периодической таблице. (5)

 

1. Какое событие выводит звезду на главную последовательность?
2. Почему большинство звезд на небе относят к звездам главной последовательности?
3. Чем определяется продолжительность пребывания звезды на главной последовательности?
4. Сколько времени будет находиться на главной последовательности наше Солнце?
5. Из каких химических элементов состоят звезды?

 

Задачи.

16. Наблюдения спектра звезды  показали, что линия водорода  смещена от лабораторного значения 486.1 нм до 485.7 нм. Эта звезда удаляется или приближается к нам? Как быстро?

17. Светимость Солнца 3.8*10²⁶ Ватт. Масса Солнца 2*10³⁰ кг, радиус  700 000 км. Сколько энергии излучит Солнце за 10 млрд. лет? Сколько энергии выделилось при образовании Солнца во время гравитационного сжатия из газопылевого облака? Сравнить эти величины.

18. Пусть собственное движение  звезды q = 4”/год, расстояние до нее r = 2.4 пс, лучевая скорость равна 80 км/с. Какова на самом деле скорость звезды в космическом пространстве?

19. Звезды в пространстве движутся, но и Земля тоже движется. Она  вращается вокруг оси и движется  по орбите вокруг Солнца. Сказывается  ли движение Земли при определении  лучевых скоростей звезд? Как  можно учесть движения Земли  при определении лучевых скоростей звезд?

20. В чем различие между абсолютной и видимой звездной величиной?

21. Насколько ярче звезда 1-й звездной  величины, чем звезда 4-й?

22. Абсолютная звездная величина звезды M=3.0. Найдите ее видимую звездную величину на расстоянии 5 пс, 10 пс, 15 пс, 20 пс, 50 пс и 100 пс. Постойте зависимость видимой звездной величины от расстояния до звезды. На каком расстоянии должна находиться звезда, чтобы ее видимая звездная величина была m=5.0?

23. У какой звезды ядро горячее:  массой 10 масс Солнца или массой 1 масса Солнца? Почему?

24. На графике отметить области, где должны находиться большие холодные звезды, маленькие холодные звезды и крошечные горячие звезды.

25. Время существования Солнца  на главной последовательности 10 млрд. лет. Найти продолжительность существования на главной последовательности звезды, масса которой 15 масс Солнца.

26. Зная, что для звезд главной  последовательности существуют  зависимости между массой и  временем существования на ГП, а также между массой и светимостью, найти для них зависимость между временем существования на ГП и светимостью.

 

ï ð