Сторінка
1

Найважливіші закономірності у світі зір. Еволюція зір

Ми бачили, що існують і поодинокі, і подвійні, і кратні зорі, змінні зорі різних типів, нові й наднові, надгіганти і карлики, зорі найрізноманітніших розмірів, світностей, температур і густин. Чи не створюють вони хаос фізичних характеристик? Виявляєть­ся, ні. Узагальнюючи здобуті дані про зорі, встановили ряд зако­номірностей між ними.

Зіставляючи відомі маси і світності зір, переконуємося, що із збільшенням маси швидко зростає світність зір: L » m3,9. За цією так званою залежністю «маса — світність» можна визначи­ти масу поодинокої зорі, знаючи її світність (білі карлики цій залежності не підлягають).

Для найпоширеніших типів зір справджується формула

L » R5,2, де R — радіус зорі. В усіх випадках береться повна світність. Ці формули показують, що включені до них фізичні характеристики зір взаємопов'язані.

Надзвичайно великий інтерес становить зіставлення світності зір з їхніми температурою і кольором. Цю залежність подано на : діаграмі «колір — світність» (К — С) (діаграма Герцшпрунга — Рессела, див. задній форзац). На цій діаграмі по осі ординат від­кладають логарифми світностей чи абсолютні зоряні величини М, а по осі абсцис — спектральні класи, або відповідні їм логариф­ми температур, або величину, яка характеризує колір. Точки, що відповідають зорям з відомими характеристиками, розміщуються на діаграмі не хаотично, а вздовж деяких ліній — послідов­ностей. Більшість їх розміщується вздовж похилої лінії, що йде зліва зверху вправо вниз. У цьому напрямі зменшуються одно­часно світності, радіуси й температури зір. Це головна послідов­ність. На ній. стрілкою позначено положення Сонця як зорі — жовтого карлика. Паралельно головній послідовності розміщуєть­ся послідовність субкарликів, які на одну зоряну величину слабші, ніж зорі головної послідовності з такою самою температурою. Угорі паралельно осі абсцис розміщена послідовність над­гігантів. У них колір і температура різні, а світність майже од­накова.

Від середини головної послідовності вправо вгору відходить послідовність червоних гігантів. Нарешті, внизу містяться білі карлики з різними температурами. Біло-голубу послідовність ста­новлять зорі, що спалахують як нові, та інші типи гарячих зір.

Належність зорі до тієї чи іншої послідовності можна розпіз­нати за деякими деталями в її спектрі.

Як бачимо, в природі не існує довільних комбінацій маси, світності, температури й радіуса. За теорією місце зорі на діа­грамі К — С визначається насамперед її масою і віком, отже діаграма відображає еволюцію зір.

Чим масивніша зоря, тим вища температура в її надрах і тим швидше «вигоряє» водень, перетворюючись у гелій. Голубі зорі, що належать до головної послідовності, «спалюють» водень за 106—107 років, а такі, як Сонце, лише за 10'° років. Внутрішньої енергії Сонця вистачить ще на мільярди років.

З вигорянням водню в центрі зорі її еволюція прискорюється. Зоря перетворюється у червоний гігант. У щільному й гарячому яд­рі в червоних гігантах відбувається реакція синтезу вуглецю з ге­лію. Із зменшенням запасів гелію ця реакція припиняється. Зоря стискується, переходить у стан білого, надзвичайно густого кар­лика. Маючи невелику поверхню (і тому витрачаючи мало енер­гії), білий карлик може світити дуже тривалий час. Так відбу­вається еволюція Сонця й зір, маса яких не перевищує його масу.

У зоряному Всесвіті відбуваються не тільки повільні зміни, а й швидкі, навіть катастрофічні. Наприклад, за час порядку ро­ку звичайна на вигляд зоря спалахує як наднова і приблизно за той самий час її яскравість спадає. Внаслідок цього вона, ма­буть, перетворюється в крихітну зорю, розміром близько 10— 20 км, яка складається з нейтронів і обертається з періодом по­рядку секунди й швидше (нейтронну зорю). її густина зростає до густини атомних ядер (1016 кг/м3) і вона стає могутнім випро­мінювачем радіо- й рентгенівських променів, що, як і її світло, пульсують з періодом обертання зорі. Прикладом такого пуль­сара, як їх називають, є слабка зірочка в центрі Крабрподібної радіотуманності, що розширюється. Залишків спалахів над­нових зір у вигляді пульсарів і радіотуманностей, на зразок Крабо-подібної, відомо вже багато.

Нейтронні зорі — це кінцева стадія еволюції зір з ненабагато більшою, ніж у Сонця, масою.

Вважають, що зорі з масою, яка значно перевищує сонячну, завершують свою еволюцію, перетворюючись в об'єкт великої густини розміром приблизно як нейтронна зоря, гравітаційне поле якого перешкоджає випромінюванню світла. Такий об'єкт нази­вають чорною дірою.

Білі карлики, нейтронні зорі й чорні діри, існування яких пе­редбачено теорією, але ще не підтверджено спостереженнями, є кінцевими стадіями еволюції зір різної маси. Із речовини, вики­нутої зорями, у майбутньому можуть утворюватися зорі нового по­коління. В цілому процес формування й розвитку зір стає зрозумі­лим, якщо розглядати їх як складову частину всієї зоряної сис­теми — Галактики.