Красные карлики и красные гиганты: от красных гигантов до белых карликов — все самое интересное на ПостНауке

КРАСНЫЕ ГИГАНТЫ И СВЕРХГИГАНТЫ • Большая российская энциклопедия

Авторы: Л. Р. Юнгельсон

КРА́СНЫЕ ГИГА́НТЫ И СВЕРХГИГА́НТЫ, звёз­ды с вы­со­кой све­ти­мо­стью [до 10⁵– 10⁶ све­ти­мо­стей Солн­ца (L_☉)] и низ­кой эф­фек­тив­ной темп-рой (3000–5000 К). Со­глас­но Йерк­сской спек­траль­ной клас­си­фи­ка­ции, они от­но­сят­ся со­от­вет­ст­вен­но к спек­траль­ным клас­сам K и M и клас­сам све­ти­мо­сти III и I (или 0 в слу­чае наи­бо­лее мас­сив­ных крас­ных сверх­ги­ган­тов – т. н. ги­пер­ги­ган­тов). Ра­диу­сы крас­ных ги­ган­тов дос­ти­га­ют со­тен ра­диу­сов Солн­ца (R_☉ ), а крас­ных сверх­ги­ган­тов – ты­сяч R_☉. К. г. и с. из­лу­ча­ют пре­им. в крас­ной и ИК-об­лас­тях спек­тра. Ха­рак­тер­ная осо­бен­ность спек­тров К. г. и с. – при­сут­ст­вие ли­ний из­лу­че­ния ме­тал­лов, ли­ний H и K Ca II, Ca I, мо­ле­ку­ляр­ных по­лос по­гло­ще­ния. К ти­пич­ным крас­ным ги­ган­там от­но­сит­ся Аль­де­ба­ран (све­ти­мость ≈160L_☉, ра­ди­ус ≈25R_☉), к крас­ным сверх­ги­ган­там – Бе­тель­гей­зе (≈7·10⁴L_☉, ≈700R_☉).

Внутреннее строение красного гиганта: 1 – водородная оболочка; 2 – слой горения водорода; 3 – слой горения гелия; 4 – углеродно-кислородное ядро.

Звёз­ды по­па­да­ют в об­ласть диа­грам­мы Герцш­прун­га – Рес­се­ла, за­ни­мае­мую К. г. и с., в ре­зуль­та­те рас­ши­ре­ния их обо­ло­чек по­сле вы­го­ра­ния в яд­рах звёзд во­до­ро­да (см. Эво­лю­ция звёзд). Крас­ны­ми ги­ган­та­ми ста­но­вят­ся звёз­ды с мас­са­ми от ≈1 мас­сы Солн­ца (M_☉) до ≈(8–10)M_☉. В крас­ные сверх­ги­ган­ты пре­вра­ща­ют­ся звёз­ды с мас­са­ми от ≈(8–10)M_☉ до ≈40M_☉. Пер­во­на­чаль­но К. г. и с. име­ют ге­лие­вые яд­ра, ок­ру­жён­ные сло­ем, в ко­то­ром про­ис­хо­дит тер­мо­ядер­ное го­ре­ние во­до­ро­да. Ко­гда темп-ра в цен­тре звез­ды T_c дос­ти­га­ет ≈2·10⁸ К, на­чи­на­ет­ся го­ре­ние ге­лия. Вы­го­ра­ние ге­лия при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию уг­ле­род­но-ки­сло­род­ных ядер (рис.), ок­ру­жён­ных дву­мя не­ус­той­чи­вы­ми слоя­ми го­ре­ния – гелие­вым и во­до­род­ным (т.  н. ги­ган­ты асим­пто­ти­че­ской вет­ви). Ве­ще­ст­во в яд­рах крас­ных ги­ган­тов вы­ро­ж­де­но.

Для К. г. и с. ха­рак­тер­но ин­тен­сив­ное ис­те­че­ние ве­ще­ст­ва (звёзд­ный ве­тер), по­ток ко­то­ро­го мо­жет дос­ти­гать 10^–5– 10^–4M_☉ в год. Звёзд­ный ве­тер воз­ни­ка­ет под дей­ст­ви­ем дав­ле­ния из­лу­че­ния, пуль­са­ци­он­ной не­ус­той­чи­во­сти, удар­ных волн в ко­ро­нах звёзд. По­те­ря ве­ще­ст­ва и его ох­ла­ж­де­ние мо­гут при­во­дить к воз­ник­но­ве­нию ог­ром­ных га­зо­во-пы­ле­вых око­ло­звёзд­ных обо­ло­чек, пол­но­стью по­гло­щаю­щих ви­ди­мое из­лу­че­ние звёзд. Та­кие объ­ек­ты из­лу­ча­ют в ИК-диа­па­зо­не спек­тра (т. н. OH/IR-звёз­ды).

Го­ре­ние во­до­ро­да и ге­лия в слое­вых ис­точ­ни­ках при­во­дит к уве­ли­че­нию масс ядер звёзд; яд­ра сжи­ма­ют­ся и T_c воз­рас­та­ет. Од­на­ко у крас­ных ги­ган­тов с ис­ход­ны­ми мас­са­ми ≲(8–10)M_☉ по­те­ря ве­ще­ст­ва при­во­дит к то­му, что мас­сы их вы­ро­ж­ден­ных уг­ле­род­но-ки­сло­род­ных ядер не дос­ти­га­ют зна­че­ния, при ко­тором воз­мож­но воз­го­ра­ние уг­ле­ро­да, и они пре­вра­ща­ют­ся в бе­лые кар­ли­ки с мас­са­ми ≲1,2M_☉, прой­дя ста­дию пла­не­тар­ной ту­ман­но­сти. В яд­рах бо­лее мас­сив­ных звёзд по­сле­до­ва­тель­но вы­го­ра­ют уг­ле­род, ки­сло­род, не­он, маг­ний, крем­ний, и про­цесс нук­лео­син­те­за за­вер­шает­ся об­ра­зо­ва­ни­ем же­лез­ных (⁵⁶Fe) ядер c мас­сой ≈ (1,5–2)M_☉ , ко­то­рые кол­лап­си­ру­ют с об­ра­зо­ва­ни­ем ней­трон­ных звёзд или чёр­ных дыр. Кол­лап­си­рую­щие крас­ные сверх­ги­ган­ты про­яв­ля­ют­ся в ка­че­ст­ве сверх­но­вых звёзд II ти­па. Вре­мя, ко­то­рое звёз­ды про­во­дят на ста­дии крас­ных ги­ган­тов или крас­ных сверх­ги­ган­тов, со­став­ля­ет ок. 10% пол­но­го вре­ме­ни их жиз­ни.

Сре­ди К. г. и с. на­блю­да­ют­ся пе­ре­мен­ные звёз­ды разл. ти­пов: ми­ри­ды, по­лу­пра­виль­ные пе­ре­мен­ные и др. с пе­рио­да­ми пуль­са­ций от де­сят­ков су­ток до не­сколь­ких лет и ва­риа­ция­ми бле­ска до не­сколь­ких звёзд­ных ве­ли­чин. Пуль­сации мо­гут быть как ра­ди­аль­ны­ми, так и не­ра­ди­аль­ны­ми. На пуль­са­ции мо­гут на­ла­гать­ся рас­про­стра­няю­щие­ся в обо­лоч­ках звёзд удар­ные вол­ны.

Звёз­ды с хи­мич. со­ста­вом, близ­ким к сол­неч­но­му, с ис­ход­ны­ми мас­са­ми ≳40M_☉ не дос­ти­га­ют в хо­де эво­лю­ции ста­дии крас­но­го сверх­ги­ган­та, по­сколь­ку уже на ста­дии го­ре­ния во­до­ро­да в яд­ре те­ря­ют б. ч. во­до­род­ной обо­лоч­ки и пе­ре­ме­ща­ют­ся в об­ласть диа­грам­мы Герц­шпрун­га – Рес­се­ла, за­ни­мае­мую го­ря­чи­ми звёз­да­ми (с эф­фек­тив­ной темп-рой до 10⁵ К). Звез­да мо­жет так­же по­ки­нуть об­ласть крас­ных ги­ган­тов или сверх­ги­ган­тов и пе­ре­мес­тить­ся в об­ласть бо­лее го­ря­чих звёзд, ес­ли она вхо­дит в со­став тес­ной двой­ной сис­те­мы и те­ря­ет обо­лоч­ку в ре­зуль­та­те за­пол­не­ния по­лос­ти Ро­ша.

Белые карлики и красные гиганты

Наше Солнце — желтый карлик. В этом нет ничего обидного — так астрономы называют широко распространенный тип небольших звезд, имеющих массу, близкую к солнечной. К желтым карликам относятся и некоторые из ближайших к Солнцу звезд — Эпсилон Эридана, Альфа Центавра А, Тау Кита. Но существуют звезды, которые по своим размерам значительно уступают Солнцу — их размеры сравнимы с размерами нашей планеты. Это «белые карлики», целый класс звезд, обладающих поистине удивительными свойствами.

Двойная система Сириус А (слева) и Сириус Б (справа)

В конце долгого пути

Изучая систему Сириуса — двойные звезды Сириус А и Сириус В — астрономы определили их массы. Яркий голубой гигант Сириус А, как и ожидалось, оказался в 2—3 раза массивнее Солнца, но каково же было удивление исследователей, когда выяснилось, что крохотный Сириус В, горячая белая звездочка размером чуть больше нашей Земли, имеет массу, равную солнечной. Это означало, что ее вещество имеет плотность в несколько миллионов раз больше плотности воды, а каждый его кубический сантиметр весит около 100 кг.

Ни одна звезда не рождается белым карликом. Ими становятся звезды, масса которых не более 3—4 солнечных, прошедшие долгий-долгий путь звездной эволюции и истратившие большую часть своего «водородного горючего». Но перед этим белые карлики успевают побывать красными гигантами.

Эволюция звезды солнечного типа к стадии белого карлика

Вещество, из которого состоят белые карлики, ученые называют «вырожденным газом». Это особый вид материи, оболочки атомов которой разрушаются, а элементарные частицы под влиянием огромных давлений более плотно «упаковываются» в пространстве, чем обычная материя, состоящая из атомов и молекул. Огромная масса и малый радиус этих небесных тел делают очень высоким ускорение силы тяжести на них. Тяготение на белых карликах так велико, что даже излучаемый ими свет теряет энергию и становится более «красными».

Взрывающиеся гиганты

После того как в центральных областях звезды «выгорит» весь водород, ее судьба предрешена. Ядро светила, состоящее теперь из почти чистого гелия, начинает сжиматься и разогреваться. Уплотняясь, вещество переходит в состояние вырожденного газа. При этом внешние слои светила расширяются, температура его поверхности падает, и оно становится красным гигантом. Тем временем внутри гиганта уже «сидит» будущий крохотный белый карлик.

Крабовидная туманность пронизана загадочными сложными структурами. В самом центре ее находится нейтронная звезда с массой, равной массе Солнца, но имеющей всего несколько километров в диаметре

Огромная оболочка красного гиганта слишком разрежена, чтобы в ней могли происходить ядерные реакции, и слабо связана с ядром, поэтому в конце концов звезда «сбрасывает» ее, и она постепенно рассеивается в окружающем пространстве. На месте бывшего красного гиганта остается очень плотная и горячая звездочка — ядро прежней звезды. А оболочка превращается в планетарную туманность — в телескоп она видна как светящееся кольцо вокруг небольшой звездочки.

Иногда конец красных гигантов становится еще более эффектным — они просто взрываются. Это явление называют вспышкой сверхновой звезды. Так, хорошо известная астрономам Крабовидная туманность — остаток вспыхнувшей в 1054 г. сверхновой звезды в созвездии Тельца.

Строение Солнца (слева) и красного гиганта (справа). Отдельно показаны относительные размеры звезд

Внутренние области сверхновой, стремительно сжимаясь, превращаются в крошечную сверхплотную звезду — нейтронную. Радиус ее не превышает 10 км, а плотность в миллионы раз выше, чем плотность белых карликов. Нейтронные звезды стремительно вращаются вокруг своей оси, совершая один оборот за сотые доли секунды и испуская мощное электромагнитное излучение.

Название «новые» с давних времен закрепилось за звездами, которые неожиданно «появлялись» на небосклоне. На самом деле они существовали и раньше как мелкие тусклые звездочки, но их блеск внезапно увеличивался в десятки тысяч раз. Проходило время, и блеск нового светила снижался и постепенно возвращался к прежнему уровню. Яркие новые звезды появляются редко — например в 20 в. их наблюдали только в 1901, 1918 и 1925 гг. Науке пока не известно, какие процессы происходят в недрах звезд, внезапно выбрасывающих потоки излучений, равные всей энергии, излучаемой Солнцем за миллион лет. Новыми становятся только молодые и очень горячие звезды, поэтому нашему Солнцу такая судьба не угрожает.

Читайте также

• Что такое звезды и какие они бывают?
• Яркость звезд и световой год
• Звездные карты: как найти объект на небе

Поделиться ссылкой

Британника

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Обзор недели
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.

• Студенческий портал
  Britannica — лучший ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
• Britannica Beyond
  Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Просить. Мы не будем возражать.
• Спасение Земли
  Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
• SpaceNext50
  Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы изучаем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!

Страница не найдена

Приносим свои извинения! Этот контент недоступен. Посетите домашнюю страницу Britannica или воспользуйтесь полем поиска ниже.

47 вопросов из самых популярных викторин по географии Britannica

Многочисленные животные: самые многочисленные организмы в мире

Что большая история говорит о том, как королевские женщины осуществляют власть

Красный карлик | Определение, факты и температура

Проксима Центавра b

См. все СМИ

Похожие темы:

карликовая звезда

Просмотреть весь связанный контент →

Узнайте о различных типах звезд, классифицированных в зависимости от их массы и температуры: красные карлики, красные гиганты, сверхгиганты, белые и коричневые карлики

Посмотреть все видео к этой статье

красный карлик , также называется карликом M или звездой M-типа , самым многочисленным типом звезд во Вселенной и самым маленьким типом звезд, сжигающих водород.

Красные карлики имеют массу примерно от 0,08 до 0,6 массы Солнца. (Объекты меньше красных карликов называются коричневыми карликами и не излучают свет в результате термоядерного синтеза водорода.) Легких звезд гораздо больше, чем более тяжелых, и, таким образом, красные карлики являются наиболее многочисленным типом звезд. В Галактике Млечный Путь около трех четвертей звезд являются красными карликами. Эта доля еще выше в эллиптических галактиках.

Британская викторина

Космос: правда или вымысел?

Звезды, сжигающие водород в результате термоядерного синтеза, делятся на семь спектральных классов на основе температуры их поверхности. Эти звезды также лежат на диаграмме Герцшпрунга-Рассела, на которой звездная светимость отображается в зависимости от температуры на линии, называемой главной последовательностью. Красные карлики — самые холодные звезды главной последовательности со спектральным классом M и температурой поверхности около 2000–3500 К. Поскольку эти звезды такие холодные, спектральные линии молекул, таких как оксид титана, диссоциируют в более горячих звездах. , довольно заметны. Красные карлики также являются самыми тусклыми звездами, их светимость составляет от 0,0001 до 0,1 светимости Солнца.

Звезды меньшего размера имеют более длительный срок жизни, чем звезды большего размера. В то время как срок жизни таких звезд, как Солнце, составляет около 10 миллиардов лет, даже самые старые красные карлики еще не исчерпали свои внутренние запасы водорода. Срок жизни самых тяжелых красных карликов составляет десятки миллиардов лет; самые маленькие имеют продолжительность жизни в триллионы лет. Для сравнения, Вселенной всего 13,8 миллиарда лет. Тусклые красные карлики станут последними сияющими звездами во Вселенной.

Красные карлики не пройдут фазу красного гиганта в своей эволюции. Поскольку конвекция происходит во всей звезде, водород постоянно рециркулирует из внешних областей в ядро. Звезды, подобные Солнцу, не являются полностью конвективными и поэтому сжигают только 10 процентов своего водорода, который находится в их ядрах. Когда этот водород исчерпается, такие звезды будут чрезвычайно расширяться, поскольку они начнут сжигать водород на оболочке, окружающей их гелиевые ядра. Однако красные карлики из-за конвекции полностью эффективны и сжигают весь свой запас водорода. Затем они станут горячее и меньше, превратятся в голубых карликов и, наконец, закончат свою жизнь белыми карликами.

Из-за низкой светимости обитаемая зона красного карлика (область вблизи звезды, где на поверхности планеты может быть обнаружена жидкая вода) находится очень близко к звезде.