Самые яркие и молодые: что наука знает о красных сверхгигантах
Красные сверхгиганты — это самые яркие, короткоживущие и большие звезды во Вселенной. Однако они до сих пор плохо изучены современной наукой. Рассказываем, что уже точно известно об этом типе звезд, а какие факты пока под вопросом.
Что такое красные сверхгиганты?
Красный сверхгигант — массивная и очень большая звезда. Относится к спектральному классу K или M и классу светимости I. Типичными представителями красных сверхгигантов являются звезды Антарес и Бетельгейзе.
Описание красных сверхгигантов
Красные сверхгиганты — самые большие по размеру звезды. Они обладают очень низкой эффективной температурой (3 000–5 000 K) и радиусом в 200–1 500 раз более радиуса Солнца. Поток энергии с единицы площади их поверхности мал — в 2–10 раз меньше, чем у Солнца. Светимость красных сверхгигантов в 500 тыс. превышает светимость Солнца.
Стадия красного сверхгиганта характерна для массивных (свыше 10 масс Солнца) звезд и длится от 10 до 100 миллионов лет. Часто звезды этого типа располагаются в кластерах.
Традиционное деление звёзд на красных гигантов и красных сверхгигантов условно, так как оно отражает только различие в радиусах и светимостях звезд при сходном внутреннем строении: все они имеют горячее плотное ядро и очень разреженную протяженную оболочку.
Согласно современной теории эволюции звезд, звезда попадает в область диаграммы Герцшпрунга — Рассела, занимаемую красными гигантами и красными сверхгигантами дважды.
Температура поверхности красных сверхгигантов колеблется от 3 500 до 4 500 Кельвинов. Из-за их размера им требуется невероятное количество энергии, что приводит в короткому (относительно других стадий звезд) жизненному циклу, который длится от 10–100 миллионов лет.
Сравнение с Солнцем
По сравнению с Солнцем Бетельгейзе во много раз больше. Если ее поместить в Солнечную систему, то это займет расстояние до Юпитера. При уменьшении своего диаметра будет граничить с орбитой Марса.
Яркость Бетельгейзе больше светила Земли в 100 000 раз. А возраст равен 10 миллиардам лет. В то время как Солнцу всего лишь около 5 миллиардов.
Ученые все чаще задумываются о поведении Бетельгейзе, потому что красный гигант ведет себя так же, как Солнце. Он имеет локализованные точки, где температура выше другой поверхности и места, где температура ниже.
Несмотря на то, что форма у Солнца сферическая, а у красного сверхгиганта в виде картофелины, это вызывает недоумение в ученых кругах.
Представители красных сверхгигантов
По яркости красный сверхгигант Бетельгейзе занимает 9 место в ночном небе. Блеск ее от 0,2 до 1,9 звездной величины изменяется в течении 2070 суток. Относится к спектральному классу m1-2 la lab.
- Радиус звезды равняется 600 диаметрам Солнца.
- А масса равна 20 массам Солнца.
- Объем в 300 миллионов раз превышает объем Солнца.
Атмосфера звезды разрежена, а плотность гораздо ниже Солнца. Угловой диаметр ее составляет 0,050 угловых секунд. Он меняется в зависимости от светимости гиганта.
Радиус астрономы измерили с помощью пространственного ИК интерферометра. Был высчитан период вращения звезды, который составляет 18 лет.
Появление звезд
Красные сверхгиганты являются частью жизненного цикла звезд с высокой массой. Когда ядро массивной звезды начинает разрушаться, температура повышается, что приводит к слиянию гелия. Быстрое слияния гелия дестабилизирует массивную звезду.
Огромное количество энергии выталкивает внешние слои звезды, что приводит к новому жизненному этапу – превращение в красного сверхгиганта. На этом этапе гравитационная сила звезды снова уравновешивается, а звезда теряет большую часть своей массы.
Красные сверхгиганты считаются самыми крупными звездами, но не самыми массовыми, с возрастом они будут продолжать терять массу.
Взрыв красных сверхгигантов
Красный гигант проходит последнюю стадию сжигания углерода. Зная о том, какие процессы происходят внутри светила, ученые могут рассказать будущее Бетельгейзе.
Например, при быстром взрыве внутри нее образуются железо, никель, золото. При медленном взрыве образуются газы — такие, как углерод, кислород, барий.
Ученые считают, что красный сверхгигант готов стать сверхновой. Еще несколько тысяч лет, а может, и раньше, и эта звезда взорвется, обрушив сброшенную энергию на близлежащие космические объекты, так как из нее выделится столько энергии, сколько Солнце выделяет за всю его жизнь.
Когда сверхгигант исчерпывают свое топливо, которое поддерживает жизнь. Гравитация побеждает, и ядро начинает разрушаться. В конечном итоге эти звезды заканчивают свою жизнь в виде сверхновой типа II.
В первую очередь такое количество энергии, выделившееся из Бетельгейзе, может нарушить работу спутников, мобильной связи и интернета на планете. Полярное сияние станет еще ярче.
Мало того, взрыв может привести к неблагоприятному воздействию на природу, что приведет к вымиранию некоторых видов животных и небольшому похолоданию. Но это все предположения.
Из остатков ядра звезды может образоваться нейтронная звезда или в случае массивных звезд создается черная дыра.
Температура красных сверхгигантов
Дайсукэ Танигути из Токийского университета в Японии и его коллеги впервые точно измерили температуру фотосферы красных сверхгигантов.
Ученые до недавнего времени не могли определить точную температуру фотосферы этих звезд — нижнего слоя их атмосферы, в котором образуется большая часть излучения звезды.
Чтобы измерить температуру красного сверхгиганта, нужно найти хорошо заметные участки фотосферы звезды, на спектр излучения которых не влияли верхние слои их атмосферы. Кроме того, нет какой-то одной конкретной линии поглощения, которая бы однозначно указывала на температуру поверхности подобных звезд.
Таким образом астрономы определили температуру фотосферы десяти близлежащих красных сверхгигантов. В частности для Бетельгейзе это 3344,85 градусов Цельсия, что меньше температуры фотосферы Солнца примерно в 1,68 раза.
Эти новейшие изменения, уверены астрофизики, помогут понять, какие процессы происходят в недрах подобных светил, а также сделать первые полноценные прогнозы по тому, насколько Бетельгейзе близка к превращению в сверхновую.
Источник
Красный гигант
Все звёзды, которые видны с Земли, кажутся одинаковыми маленькими точками. Однако на самом деле существует огромное количество разновидностей звёзд, отличающихся друг от друга габаритами, интенсивностью излучаемого света и температурой. Наиболее большая и яркая звезда – красный гигант.
Как появляется красный гигант?
Астрономы знают о существовании разных типов звёзд. Классифицируются они по размерам и имеющимся спектральным характеристикам, благодаря которым можно узнать много новой и полезной информации о далёких небесных объектах.
В начале 1910 года учёными была разработана специальная диаграмма, в которой упростили классификацию звёзд и показали основные этапы их эволюции. Также с её помощью была показана зависимость между светимостью, размером и спектральным классом звёздных тел. Звёзды, находящиеся на диаграмме, образуют на ней несколько отдельных участков. Большинство из них располагаются в области, которую часто называют главной последовательностью.
На диаграмме есть отдельное место для сверхгигантов и красных гигантов. Здесь располагаются объекты, находящиеся на финальном этапе своей жизни. Феномен превращения звёзд в красных гигантов объясняется просто. Практически всю свою жизнь светила питаются энергией, которая генерируется внутри их ядра. Однако со временем все реакции постепенно останавливаются, после чего в центральной части образуется огромное гелиевое ядро. Именно из-за этого светила превращаются в красных гигантов. Если звезда слишком большая, она становится сверхгигантом.
Бывают ли «молодые» гиганты?
Некоторые небесные объекты достигают поздних спектральных классов ещё до начала завершения своей жизни. Бывают случаи, когда процесс преобразования в красного гиганта начинается в самом начале звездообразования. У таких светил излучение осуществляется благодаря гравитации, образующейся из-за сжатия объекта. Длительность трансформации напрямую зависит от массы и габаритов звезды и продолжаются от
Благодаря сжатию повышается температура звёзд и уменьшается их размер. Это приводит к снижению светимости. В результате в центре светила начинаются термоядерные реакции, после чего они попадают в главную последовательность. Несмотря на то что «молодые» и «старые» гиганты очень похожи друг на друга, астрономы называют красными гигантами только те объекты, которые дошли до поздних этапов эволюции. Молодые светила, находящихся в начальной стадии своего формирования, называют протозвёздами.
Строение звезды главной последовательности солнечного типа и красного гиганта с изотермическим гелиевым ядром и слоевой зоной нуклеосинтеза (масштаб не соблюдён)
Общие характеристики и описание
Красный гигант – светило, которое относится к спектральным классам М и К. В сравнении с другими звёздами, температурные показатели на поверхности таких объектов не очень большие и достигают всего 5000 К. Однако несмотря на это, их всё равно хорошо видно на небосклоне благодаря большим габаритам.
Красный гигант превосходить солнечный радиус в 500-700 раз. Также у них огромная площадь поверхности, которая в 100-120 раз больше Солнца. Именно невысокая температура и огромные размеры являются основными характеристиками красных гигантов.
Температура поверхности у таких светил невысокая и поэтому их красный свет имеет яркий желтоватый оттенок. К характерным особенностям этих звёзд можно отнести наличие металлов в излучаемом спектре. Также в нём присутствуют устойчивые молекулы.
Красный гигант имеет небольшую плотность. Иногда она в миллионы раз меньше, чем у Солнца. Ядро у таких звёзд, наоборот, очень плотное. Оно покрыто обширной горячей оболочкой. В некоторых случаях вес ядра составляет десятую часть от общей массы светила. Это приводит к истечению вещества из звёздного ядра. Этот процесс может начаться и из-за других обстоятельств:
- высокая светимость и большая протяжённость ядровых оболочек гигантских звёзд;
- слабая прозрачность оболочки, из-за которой начинается процесс энергопереноса;
- резкие изменения температуры в результате колебательных процессов.
После истечения вещества у звёзд начинает формироваться гелиевое ядро. Оно не участвует в термоядерных реакциях, что приводит к увеличению температуры до 2*10 8 К. Под воздействием высоких температурных показателей гелий начинает сливаться с углеродом. У звезды образуется новое углеродно-кислородное ядро. В результате описанных изменений температура, размер и масса ядра начинают постепенно увеличиваться. При этом само светило начинает сжиматься и угасать. На финальной стадии эволюции красный гигант становится белым карликом.
Что случится, когда Солнце станет красным гигантом?
Сейчас возраст Солнца составляет 4,5 миллиарда лет. Учёные сходятся во мнении, что ещё примерно столько же времени осталось до начала трансформации Солнца в красного гиганта. Через каждые 70-80 миллионов лет светимость звезды будет возрастать на 1%. Сейчас это никак не сказывается на жизни людей. Однако в будущем это станет серьёзной проблемой для человечества.
Вместе со светимостью возрастает и количество выделяемой тепловой энергии Солнца. Это приведёт к появлению парникового эффекта, который серьёзно повлияет на климат. Со временем у звезды выгорит водород и образуется ядро из гелия. Такие изменения приведут к тому, что Солнце увеличится в несколько раз и поглотит Меркурий с Венерой. По подсчётам учёных после выгорания водорода размер светила должен увеличиться в 250 раз.
Увеличение размеров будет сопровождаться стремительным уменьшением массы. Ежегодно Солнце будет терять 5000 тонн. Из-за этого Сатурн и Нептун лишатся всех лун. С неприятными изменениями столкнётся и наша планета. Жизнь на Земле станет невозможной. На ней исчезнет атмосфера, а все существующие сегодня океаны выкипят. Несмотря на такие изменения Земля сможет просуществовать ещё миллиард лет, после чего её поглотит Солнце.
Источник
Самые яркие и молодые: что наука знает о красных сверхгигантах
Красные сверхгиганты — это самые яркие, короткоживущие и большие звезды во Вселенной. Однако они до сих пор плохо изучены современной наукой. Рассказываем, что уже точно известно об этом типе звезд, а какие факты пока под вопросом.
Что такое красные сверхгиганты?
Красный сверхгигант — массивная и очень большая звезда. Относится к спектральному классу K или M и классу светимости I. Типичными представителями красных сверхгигантов являются звезды Антарес и Бетельгейзе.
Описание красных сверхгигантов
Красные сверхгиганты — самые большие по размеру звезды. Они обладают очень низкой эффективной температурой (3 000–5 000 K) и радиусом в 200–1 500 раз более радиуса Солнца. Поток энергии с единицы площади их поверхности мал — в 2–10 раз меньше, чем у Солнца. Светимость красных сверхгигантов в 500 тыс. превышает светимость Солнца.
Стадия красного сверхгиганта характерна для массивных (свыше 10 масс Солнца) звезд и длится от 10 до 100 миллионов лет. Часто звезды этого типа располагаются в кластерах.
Традиционное деление звёзд на красных гигантов и красных сверхгигантов условно, так как оно отражает только различие в радиусах и светимостях звезд при сходном внутреннем строении: все они имеют горячее плотное ядро и очень разреженную протяженную оболочку.
Согласно современной теории эволюции звезд, звезда попадает в область диаграммы Герцшпрунга — Рассела, занимаемую красными гигантами и красными сверхгигантами дважды.
Температура поверхности красных сверхгигантов колеблется от 3 500 до 4 500 Кельвинов. Из-за их размера им требуется невероятное количество энергии, что приводит в короткому (относительно других стадий звезд) жизненному циклу, который длится от 10–100 миллионов лет.
Сравнение с Солнцем
По сравнению с Солнцем Бетельгейзе во много раз больше. Если ее поместить в Солнечную систему, то это займет расстояние до Юпитера. При уменьшении своего диаметра будет граничить с орбитой Марса.
Яркость Бетельгейзе больше светила Земли в 100 000 раз. А возраст равен 10 миллиардам лет. В то время как Солнцу всего лишь около 5 миллиардов.
Ученые все чаще задумываются о поведении Бетельгейзе, потому что красный гигант ведет себя так же, как Солнце. Он имеет локализованные точки, где температура выше другой поверхности и места, где температура ниже.
Несмотря на то, что форма у Солнца сферическая, а у красного сверхгиганта в виде картофелины, это вызывает недоумение в ученых кругах.
Представители красных сверхгигантов
По яркости красный сверхгигант Бетельгейзе занимает 9 место в ночном небе. Блеск ее от 0,2 до 1,9 звездной величины изменяется в течении 2070 суток. Относится к спектральному классу m1-2 la lab.
- Радиус звезды равняется 600 диаметрам Солнца.
- А масса равна 20 массам Солнца.
- Объем в 300 миллионов раз превышает объем Солнца.
Атмосфера звезды разрежена, а плотность гораздо ниже Солнца. Угловой диаметр ее составляет 0,050 угловых секунд. Он меняется в зависимости от светимости гиганта.
Радиус астрономы измерили с помощью пространственного ИК интерферометра. Был высчитан период вращения звезды, который составляет 18 лет.
Появление звезд
Красные сверхгиганты являются частью жизненного цикла звезд с высокой массой. Когда ядро массивной звезды начинает разрушаться, температура повышается, что приводит к слиянию гелия. Быстрое слияния гелия дестабилизирует массивную звезду.
Огромное количество энергии выталкивает внешние слои звезды, что приводит к новому жизненному этапу – превращение в красного сверхгиганта. На этом этапе гравитационная сила звезды снова уравновешивается, а звезда теряет большую часть своей массы.
Красные сверхгиганты считаются самыми крупными звездами, но не самыми массовыми, с возрастом они будут продолжать терять массу.
Взрыв красных сверхгигантов
Красный гигант проходит последнюю стадию сжигания углерода. Зная о том, какие процессы происходят внутри светила, ученые могут рассказать будущее Бетельгейзе.
Например, при быстром взрыве внутри нее образуются железо, никель, золото. При медленном взрыве образуются газы — такие, как углерод, кислород, барий.
Ученые считают, что красный сверхгигант готов стать сверхновой. Еще несколько тысяч лет, а может, и раньше, и эта звезда взорвется, обрушив сброшенную энергию на близлежащие космические объекты, так как из нее выделится столько энергии, сколько Солнце выделяет за всю его жизнь.
Когда сверхгигант исчерпывают свое топливо, которое поддерживает жизнь. Гравитация побеждает, и ядро начинает разрушаться. В конечном итоге эти звезды заканчивают свою жизнь в виде сверхновой типа II.
В первую очередь такое количество энергии, выделившееся из Бетельгейзе, может нарушить работу спутников, мобильной связи и интернета на планете. Полярное сияние станет еще ярче.
Мало того, взрыв может привести к неблагоприятному воздействию на природу, что приведет к вымиранию некоторых видов животных и небольшому похолоданию. Но это все предположения.
Из остатков ядра звезды может образоваться нейтронная звезда или в случае массивных звезд создается черная дыра.
Температура красных сверхгигантов
Дайсукэ Танигути из Токийского университета в Японии и его коллеги впервые точно измерили температуру фотосферы красных сверхгигантов.
Ученые до недавнего времени не могли определить точную температуру фотосферы этих звезд — нижнего слоя их атмосферы, в котором образуется большая часть излучения звезды.
Чтобы измерить температуру красного сверхгиганта, нужно найти хорошо заметные участки фотосферы звезды, на спектр излучения которых не влияли верхние слои их атмосферы. Кроме того, нет какой-то одной конкретной линии поглощения, которая бы однозначно указывала на температуру поверхности подобных звезд.
Таким образом астрономы определили температуру фотосферы десяти близлежащих красных сверхгигантов. В частности для Бетельгейзе это 3344,85 градусов Цельсия, что меньше температуры фотосферы Солнца примерно в 1,68 раза.
Эти новейшие изменения, уверены астрофизики, помогут понять, какие процессы происходят в недрах подобных светил, а также сделать первые полноценные прогнозы по тому, насколько Бетельгейзе близка к превращению в сверхновую.
Источник