Откуда мы знаем, что другие звёзды — это Солнца подобные нашему?
Когда мы смотрим на ночное небо мы видимо множество маленьких светящихся точек. Некоторые из них светят ярче и сильнее, другие — наоборот более тусклые и едва различимы. Учёные давно пришли к выводу, что звёзды — представляют собой газовые шары состоящие в основном из водорода и гелия. Но откуда мы это знаем? Не может ли быть иного объяснения у наблюдаемых с Земли звёзд? Такой вопрос задал один из подписчиков нашего телеграм канала. Давайте разбираться вместе.
Первым идею о том, что другие звёзды — это другие Солнца выдвинул в конце XVI века Джордано Бруно. Но, к сожалению, долгое время у астрономов не было нужной техники для того, чтобы проверить эту гипотезу. Впрочем уже со второй половины XVII века практически все астрономы придерживались взглядов сходных со взглядами Бруно и дело было только за их экспериментальным подтверждением.
Первое подтверждение было получено в первой половине XIX века независимо сразу несколькими астрономами. Российский астроном В.Я. Струве, немец Ф. Бессель и американец Т. Хендерсон измерили параллаксы различных звёзд (Веги — Струве, 61 Лебедя — Бессель, Альфы Центавра — Хендерсон) и определили расстояние до них. Принимая во внимание огромные расстояния до других звёзд, стало ясно, что они по яркости сравнимы с Солнцем и это стало первым экспериментальным подтверждением.
Каждый химический элемент обладает уникальным спектром при взаимодействии (поглощении и отражении) с излучением. Это открытие совершили немецкие учёные Г. Крихгоф и Р. Бунден. Стало ясно, что с помощью спектрального анализа других небесных тел и, в том числе, звёзд, можно получить представление об их химическом составе.
Было установлено, что звёзды состоят преимущественно из водорода и гелия — наиболее распространённых химических элементов во вселенной. Точно также было установлено, что Солнце тоже состоит почти полностью из этих же элементов.
Кроме того, в начале XX-го века процессы благодаря которым светит Солнца были объяснены английским астрофизиком Артуром Эддингтоном. Теперь мы знаем, что выделение Солнцем огромного количества энергии происходит благодаря термоядерным реакциям в ходе которых происходит синтез гелия из водорода.
Необходимыми условиями для начала реакций термоядерного синтеза являются огромные температура и давление. Эти условия являются труднодостижимыми и могут возникнуть например, благодаря сжатию вещества гравитацией очень массивных небесных тел, гораздо более массивных, чем например планеты.
Благодаря этим открытиям мы знаем, что звёзды находятся очень далеко, но их свечение сравнимо по интенсивности. со свечением нашего Солнца. Мы также видим, что звёзды очень похожи на наше Солнце по своему химическому составу и также мы знаем, какие условия необходимы для того, чтобы тело состоящее из водорода и гелия светилось с такой интенсивностью.
Это позволяет нам судить о том, что звёзды подобно Солнцу представляют собой огромные газовые шары, которые удерживаются в виде единого целого собственной гравитацией и которые излучают энергию благодаря идущим внутри них термоядерным реакциям.
Более того, все научные данные полученные во время наблюдения за звёздами подтверждают именно такое объяснение природы звёзд, например изучение движения звёзд в кратных (двойных, тройных и т.п.) системах, механизмы возникновения новых и сверхновых звёзд, наличие более тяжелых элементов в спектрах звёзд, измерение поверхностной температуры звёзд и т.п.
Таким образом мы знаем, что маленькие светящиеся точки на небе на самом деле являются звёздами подобными Солнцу потому, что по всем своим характеристикам и свойствам, открытым за много лет, они совпадают с нашим Солнцем.
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал на youtube . Каждую неделю там выходят видео, где я отвечаю на вопросы о космосе, физике, футурологии и многом другом!
Источник
Подборка самых больших звёзд во Вселенной!
Когда пытаешься представить разницу между Землёй или космическими объектами – планетами-гигантами и огромными звёздами, то становится, порой, не по себе от этих головокружительных масштабов. В этой статье посмотрим, кто на самом деле является супер-звёздами!
10 место – Полярная звезда
Пожалуй, нет такого человека, который никогда бы о ней не слышал, поэтому данную подборку хотелось бы начать именно с неё. Полярная звезда является ярчайшей и ближайшей к Земле пульсирующей переменной звездой типа дельта Цефея с периодом 3,97 дня. На самом деле Полярная звезда – это не одна звезда, как многие считают: она представляет собой тройную звёздную систему.
В центре этой системы располагается сверхгигант Полярная А, превосходящий наше Солнце по яркости в 2000 раз и по массе в 6,4—6,7 раза. Её радиус равен 47—50 радиусам Солнца, возраст — 55—65 млн лет.
Полярная B массой 1,39 массы Солнца находится достаточно далеко от Полярной А (2400 а. е.), поэтому разглядеть её в телескопы нетрудно даже с поверхности Земли.
Полярная P обладает массой 1,26 массы Солнца и располагается к Полярной А настолько близко, что сфотографировать её смог только телескоп «Хаббл» после перенастройки оборудования. Приблизительный период обращения Полярной P вокруг главной звезды в этой «троице» составляет около 30 лет.
Полярная А находится в 447 световых лет от нас вблизи Северного полюса мира. Иногда её называют «ручкой Ковша» Малой Медведицы.
9 место – Альдебаран
Альдебаран (А Тельца) является ярчайшей звездой не только в созвездии Тельца, но и из всех звёзд зодиакальных созвездий. Конечно же, это одна из ярчайших звёзд на ночном небе. Интересно, что имя этой звезде дали арабы: в переводе с арабского слова al-dabarān означает «последователь», так как этот оранжевый гигант движется за Плеядами. Из-за расположения в голове Тельца именовалась «Глаз Тельца». Альдебаран больше нашего Солнца в 44 раза, а светимость превышает солнечную в 150 раз!
От Земли до этой звезды лететь со скоростью света примерно 65 лет. Эта яркая и красивая золотистая звезда уже давно привлекает людей. Сейчас к ней мчится космический аппарат Пионер-10. Путь ему с учётом его скорости предстоит неблизкий, и, если с ним ничего не случится, он достигнет области звезды примерно через 2 миллиона лет.
8 место – Ригель
Бело-голубой сверхгигант Ригель находится в созвездии Ориона на расстоянии 860 световых лет от Солнца. Он имеет примерно в 24 раза больше массы Солнца, а светит в 120 000 ярче и в 80 раз больше нашего родного светила. Название звезды по-арабски переводится как «нога» (имеется в виду нога Ориона). Древние египтяне называли его звездой Осириса – бога возрождения и загробного мира.
Как и Полярная звезда, Ригель – это не одна звезда, а целое семейство, состоящее, предположительно из 4 светил (три там есть точно), но мы говорим именно о главной, ярчайшей.
Ригель излучает бело-голубоватый свет и выбрасывает в пространство каждую секунду около 90 млрд тонн своего вещества. Такая «расточительность», вероятно, не позволит этой звезде дожить до возраста нашего светила (Солнце греет уже 4,5 миллиарда лет). По оценкам ученых, Ригель существует около 10 млн лет и будет светить еще столько же, а затем станет, скорее всего, компактной нейтронной звездой после коллапса, а может быть, чёрной дырой.
7 место — Пистолет
Эта голубая красавица является одной из ярчайших звёзд в нашей галактике. Масса звезды Пистолет составляет 27,5 масс Солнца. Её светимость равна 1,6 миллиона светимостей Солнца. За 20 секунд звезда Пистолет испускает столько же света, сколько Солнце излучает за год. Расстояние до звезды Пистолет составляет 25 000 световых лет и проживает она неподалёку от центра галактики. Но такие звёзды, к сожалению, долго не живут. Говоря простым языком, чем меньше звезда, тем она более «живучая». Сколько же энергии надо истратить, чтобы разогреть такого гиганта! Звёзды, подобные звезде Пистолет, живут всего около 3 миллионов лет. Звёзды по типу нашего Солнца, жёлтые карлики, могут жить около 10 миллиардов лет. Точный возраст звезды Пистолет неизвестен, по оценкам учёных, он составляет примерно 2 миллиона лет, а через 1-2 миллиона лет звезда погибнет.
6 место – Бетельгейзе
Об этой звезде нередко встречаются сообщения о том, что скоро этот красный сверхгигант умрёт. Вспышка сверхновой будет удивительным событием (если это конечно, случится): ведь она станет настолько яркой, что это будет равнозначно яркости полной Луны, однако примерно через несколько месяцев яркость снизится, и мы ничего не увидим. Находится Бетельгейзе примерно в 650 световых лет от нас. Объём Бетельгейзе в 300 миллионов раз больше солнечного, а её светимость превышает солнечную примерно в 100 000 раз!
Источник
Разновидности звезд
Звездное население Вселенной разнообразно. Все что мы видим в оптические телескопы – звезды, их скопления, колыбели. Астрономические инструменты позволяют нам наблюдать за каждым типом звезд.
Несмотря на кажущуюся однотипность газовых светил, их достаточно много, и разных. Посмотрим внимательнее на их виды.
1. Протозвезда
Время формирования звезды занимает большой промежуток. Большие облака газа группируются под воздействием гравитации, образуя звезду. Момент загорания звезды длится несколько космических «секунд» — около 100 тыс. лет. Этот период называется протозвездой. Светило только-только подходит к своему появлению, еще не успев расчистить пространство вокруг себя.
2. Солнцеподобные звезды
Подобных Солнцу звезд во Вселенной много: не менее 8 %. Их относят к классу G. Общая черта – схожая температура, размер и желтый цвет.
Время существования – не менее 10 млрд. лет., но и не более 20 млрд. лет.
В конце своей эволюции они превращаются в белых карликов.
3. Белый карлик
Конечная стадия эволюции звезд классов F, G, K.
Предполагаемое время жизни – 100-1000 млрд. лет. Имеют небольшой размер – 4-10 тыс. км. Состоят из плотного вещества, оставшегося после смерти родительского светила.
4. Красный карлик
Самые распространенные звезды во Вселенной. Доля в звездном веществе – более 70 %. Имеют меньшую массу, чем Солнце (вплоть до 7-8 % от солнечной). Это позволяет эволюционировать на протяжении нескольких триллионов лет.
Общая температура ниже солнечной – на 1500-2500 градусов (у Солнца – 5500 градусов Цельсия в фотосфере).
Характерная особенность – перемешивают топливо в ядре, сильно его экономя.
5. Красный гигант
Непродолжительная стадия эволюции звезд главной последовательности. За счет огромных размеров (в 50-150 раз больше Солнца) существуют недолго (несколько миллионов лет максимум).
После выработки топлива становится белым карликом.
6. Нейтронная звезда
Загадочные объекты диаметром 10-20 км. С учетом высокой плотности (миллионкилометровый родитель сжат до размера крупного города) обладают неисследованными свойствами.
Исходя из названия, состоят из нейтронов. Могут обладать колоссальными магнитными полями, высокой скоростью вращения (до сотни и тысячи раз в секунду).
7. Черная дыра
Остаток массивных звезд. Если масса звезды в 5 раз больше солнечной, высока вероятность образования сколлапсированного вещества.
По сути, вещество настолько сильно испытывает гравитационное воздействие, что превращается в «точку».
Есть ли что-то внутри черной дыры и что именно в ней находится – на данное время не известно.
Три параметра, которыми удается оперировать в описании черной дыры –масса, вращение, горизонт событий. По факту, горизонт событий характеризует размер объекта. Есть ли что-то за его границей – не ясно.
8. Сверхгигант
Это самые крупные звезды во Вселенной. «Крупность» определяется, в первую очередь, массой. Они могут быть массивнее нашего светила в 10+ раз.
За счет невероятно быстрого сжигания своего топлива, живут такие объекты мало: несколько млн. лет. В итоге превращаются в черные дыры.
Вокруг звезд подобного типа не могут образовываться планеты (не успеют).
Имеется большое разнообразие звезд. Мы рассмотрели наиболее часто встречаемые типы светил.
Спасибо за внимание.
Подписывайтесь – будем рады стараться для Вас.
Источник
Масса звезды
Наше Солнце имеет массу 1.99 × 10 27 тонн — в 330 тысяч раз тяжелее Земли. Но это далеко не предел. Самая тяжелая среди обнаруженных звезд, R136a1, весит как 256 Солнц. А Проксима Центавры, ближайшая к нам звезда, едва перевалила за десятую часть кряжести нашего светила. Масса звезды может быть удивительно разной — но есть ли ей границы? И почему она так важна астрономам?
Масса — главная звездная характеристика
Масса — одна из самых важных и необычных характеристик звезды. Зная, как определить массу звезды, астрономы могут точно сказать о ее возрасте и дальнейшей судьбе. Более того, массивность определяет силу гравитационного сжатия светила — главного условия для того, чтобы ядро звезды «загорелось» в термоядерной реакции и начало излучать свет. Поэтому масса является проходным критерием в категорию звезд. Слишком легкие объекты, вроде коричневых карликов, не смогут толком светить — а слишком тяжелые переходят в категорию экстремальных объектов по типу квазаров.
Снимок квазара радиотелескопом
И в то же время ученые едва могут вычислить массу звезды — единственным светилом, чья масса известна точно, является наше Солнце. Такую ясность помогла внести наша Земля. Зная массу планеты и скорость ее движения вокруг Солнца, можно вычислить и массу самой звезды на основании Третьего закона Кеплера, доработанного известным физиком Исааком Ньютоном. Иоганн Кеплер выявил связь между расстоянием от планеты до звезды и скоростью полного оборота планеты вокруг светила, а Ньютон дополнил его формулу массами звезды и планеты. Модифицированная версия Третьего закона Кеплера часто используется астрономами — причем не только для определения массы звезд, но и других космических объектов, составляющих вместе гравитационную систему.
Про отдаленные светила пока приходится только догадываться. Самым совершенным (с точки зрения точности) является метод определения массы двойных звездных систем. Его погрешность составляет «всего» 20–60%. Такая неточность критическая для астрономии — будь Солнце на 40% легче или тяжелее, жизнь на Земле не возникла бы.
Система из двух близлежащих звезд в представлении художника
В случае измерения массы одиночных звезд, возле которых нет видимых объектов, чью орбиту можно использовать для вычислений, астрономы идут на компромисс. Сегодня читается, что масса звезд одного спектрального класса одинакова. Также ученым помогает связь массы со светимостью или температурой звезды, поскольку обе эти характеристики зависимы от силы ядерных реакций и размеров звезды — непосредственных индикаторов массы.
Значение массы звезды
Секрет массивности звезд кроется не в качестве, а в количестве. Наше Солнце, как и большинство звезд Главной последовательности, на 98% состоит из двух самых легких элементов в природе — водорода и гелия. Но при этом в нем собрано 98% массы всей Солнечной системы!
Как такие легкие вещества могут собраться вместе в громадные горящие шары? Для этого нужно свободное от крупных космических тел пространство, много материала и начальный толчок — чтобы первые килограммы гелия и водорода начали притягиваться друг к другу. В туманностях и молекулярных облаках, где рождаются звезды, водороду и гелию ничто не мешает скапливаться. Их собирается так много, что гравитация начинает насильно сталкивать ядра атомов водорода. Это начинает термоядерную реакцию, в ходе которой водород превращается в гелий.
Материалы по теме
Из чего состоят звезды
Логично, что чем больше масса звезды, тем больше ее светимость. Ведь в массивной звезде водородного «топлива» для термоядерной реакции куда больше, а гравитационное сжатие, активирующее процесс — сильнее. Доказательством служит самая массивная звезда, R136a1, упомянутая в начале статьи — будучи больше Солнца по весу в 256 раз, она светит в 8,7 миллионов раз ярче нашей звезды!
Но у массивности есть и обратная сторона: из-за интенсивности процессов ядерного синтеза водород быстрее «сгорает» в термоядерных реакциях внутри звездного ядра. Поэтому массивные звезды живут совсем недолго в космических масштабах — несколько сотен, а то и десятков миллионов лет.
- Интересный факт: когда масса звезды превышает массу Солнца в 30 раз, прожить она сможет не больше 3 миллионов лет — вне зависимости от того, насколько ее масса больше 30-кратной солнечной. Это связано с превышением предела излучения Эддингтона. Энергия запредельной звезды становится настолько мощной, что вырывает вещество светила потоками звездного ветра — и чем массивнее звезда, тем сильнее становится потеря массы.
Туманность в Большом Магеллановом Облаке, созданная из звездного ветра
Выше мы рассмотрели основные физические процессы, связанные с массой звезды. А теперь попробуем разобраться, какие звезды можно «сделать» с их помощью.
Пределы массы звезды
Несмотря на то, что Вселенная бесконечна, тела в ней имеют пределы, прописанные физическими законами. Особенно это касается сложных космических объектов вроде звезд, которые не просто собирают материю, но и излучают энергию.
Возьмем, к примеру, то же излучение. Для его начала требуется преодоления звездой массы в 10–15% процентов от солнечной — иначе водород просто не будет «гореть» в ядерной реакции. Но как только ядро звезды начинает выделять энергию, светило практически перестает набирать массу.
Почему? Дело в том, что звезды существуют за счет баланса между силами гравитации, стремящимися свернуть звезду в сверхплотный шар, и излучения, которое противостоит давлению. Сила энерговыделения, как мы уже знаем, растет вместе с массой. И когда звезда достигает массы в 150 солнечных (3 × 10 29 кг), ее излучение станет сильнее гравитационного давления. От этого вещество светила просто разнесет по космосу.
- Интересный факт — преобладание гравитационного сжатия над излучением тоже закончится печально для звезды. Это происходит под конец жизни звезды, когда в ней заканчиваются термоядерные реакции. Тогда она сжимается в белый карлик, или же взрывается сверхновой, оставив по себе нейтронную звезду или даже черную дыру.
Но набрать 150 масс Солнца — уже большое достижение для светила. Звезды формируются в туманностях благодаря сферической аккреции. Проще говоря, звезды «наматывают» на себя спирали вещество со всех сторон. Светиться звезда начинает задолго до окончания своего рождения. Но когда масса «зародыша» светила превышает 10 солнечных (1,99 × 10 28 кг), его излучение откинет от звезды материал из туманности, тем самым прекращая набор массы. Из отброшенной материи туманности часто формируются планеты и кометы.
Значит ли это, что 10 солнечных масс — это все, на что может рассчитывать среднестатистическая звезда? И является ли пределом массы планка в 150 Солнц? Ответ на оба вопроса — нет. Но превышение этих пределов требует особенных условий.
Особые условия для особо тяжелых звезд
Первые звезды, которые возникли в молодой Вселенной, были гигантских размеров — их масса в сотни тысяч раз превышала солнечную. Просуществовали они считанные тысячи лет и взрывались в конце жизни настолько сильно, что создали современные тяжелые элементы наподобие золота. Но как им удалось собрать такую массу и не растерять ее под давлением излучения?
Металличность
Все дело в металличности звезды — степени содержания в ней веществ, отличающихся от гелия и водорода. Она влияет на условную «прозрачность» звездного газа. Если металлов в составе звезды нет, излучение проходит сквозь звёздное вещество без особого сопротивления. Соответственно, для обретения баланса с силой гравитации, звезде понадобится больше массы.
Материалы по теме
Эволюция Вселенной: от начала до наших времен
Низкая металличность свойственна в первую очередь звездам населения II — старым светилам, возникшим вскоре после Большого взрыва, около 10 миллиардов лет назад. Звезды-ровесники Солнца, причисляемые к населению III, обладают куда более высокой металличностью — они формируются из остатков предыдущих звезд, богатых на тяжелые вещества. Поэтому звезда, состав которой сходный солнечному, не может быть массивнее Солнца больше чем в 100 раз — их материя обладает повышенной сопротивляемостью излучению.
Дисковая и конкурентная аккреции
Как видно, состав звезды определяется исторически. Однако есть звезды, которые набрали массу равную или даже большую 150 солнечных. Как у них это получилось?
Для этого нужно особое стечение обстоятельств. Молекулярные облака и туманности не представляют собой однородную среду с одинаковой плотностью и линейными измерениями: попадаются участки разной формы и консистенции. Часто туманность простирается подобно плоскости — часть поверхности протозвезды, которая формируется в ней, может выходить в открытое пространство.
Протозвезда с дисковым типом аккреции
Такое расположение зародыша звезды позволяет ему осуществлять особую, дисковую аккрецию. Во время нее, впитываемое звездой вещество туманности контактирует со сравнительно малым количеством излучаемой площади. Таким образом, звезда продолжает впитывать гелий и водород из туманности даже тогда, когда «разгорелась» вовсю — количества излучения на плоскости аккреции попросту не хватает для отталкивания вещества.
Но это еще не все. Все звезды — в том числе и только зарождающиеся — движутся вокруг центра галактики. Кроме того, редко в большой туманности рождается только одна звезда — обычно их сразу несколько, и между ними сразу же устанавливается гравитационная связь. В итоге звезды движутся по материнской туманности, «заглатывая» вещество ее вещество в процессе множества микростолкновений. Так звезда получает куда больше материала, чем если бы просто пассивно его притягивала его к себе. Поэтому такой вид аккреции называется «конкурентным». Ярким примером такого формирования звезд были Столпы Творения в туманности Орел — до того, как их взорвала сверхновая.
Слияние и взаимопоглощение звезд
Последней идет главная изюминка звездообразования — секрет того, как звезды набирают массу, большую естественного предела. Все мы знаем, что орбиты космических объектов часто пересекаются. Живим доказательством того является любое тело без атмосферы, вроде нашей Луны — она испещрена следами от тысяч метеоритов.
Звезды, в силу своей отдаленности, пересекаются намного реже. Но среди звезд в одном скоплении — особенно на стадии формирования — столкновения случаются относительно часто. Обычный ударный контакт звезд заканчивается катаклизмом — куски звездной плазмы разлетаются на миллиарды километров. Но если светила подходят друг к другу на подходящей траектории, они могут слиться воедино. Именно так возникла звезда-рекордсменка R136a1, которая слишком большая даже для своего экстремального класса — сверхгорячих и очень ярких звезд Вольфа – Райе.
R136a1 в представлении художника
Слияние является самым результативным способом набора массы для звезды. Недаром все самые массивные светила находятся в тесных звездных скоплениях, где столкновения наиболее вероятны. В теории, взаимопоглощение звезд способно порождать невероятно большие объекты — их масса может превышать десятки тысяч Солнц. Но есть ли предел звезде-монстру, вырастающей из родительских светил?
Ученые считают, что физический предел находится возле 500 тысяч — 1 миллиона солнечных масс. Большую нагрузку сила излучения от ядерных реакций попросту не удержит — звезда сразу коллапсирует в гиперновую громадных размеров. Однако и гравитация при таких массах не станет вести себя по-обычному. Звезда-титан начнет делиться на «мини»-звезды массой по 1000 Солнц, развеется на громадную горячую туманность или вовсе разлетится в целую звездную систему, состоящую из светил обычных размеров. Все будет зависеть от местоположения других больших объектов Вселенной, с которыми звезда предельной массы будет взаимодействовать на расстояниях в сотни миллиардов километров.
‘ alt=»yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7 — Масса звезды» title=»Масса звезды»>
Похожие статьи
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Источник