Закономерности в мире звёзд. Классификация звёзд. Эволюция звёзд

1.

Закономерности в
мире звёзд.
Классификация звёзд.
Эволюция звёзд.

2. Звезда — массивный газовый шар, излучающий свет и удерживаемый силами собственной гравитации и внутренним давлением, в недрах

которого происходят (или происходили ранее)
реакции термоядерного синтеза.
Характеристики звёзд:
Абсолютная звездная величина (М) – это видимая
звездная величина, которую имела бы звезда, если бы
находилась от нас на стандартном расстоянии
D0=10пк.
Яркость - это характеристика излучательной или
отражательной способности поверхности небесных
тел.

3.

Характеристики звёзд:
Если две звезды имеют одинаковую светимость, то звезда,
которая находится дальше от нас, имеет меньшую видимую
яркость.
Сравнивать звезды по светимости можно лишь в том случае, если
рассчитать их видимую яркость (звездную величину) для одного и
того же стандартного расстояния. Таким расстоянием в астрономии
принято считать 10пк.
Разность в 5 звездных величин соответствует различию яркости
ровно в 100раз.
Чем ярче источник, тем его видимая звездная величина считается
меньшей. В общем случае отношение видимой яркости двух любых
звезд I1:I2 связано с разностью их видимых звездных величин m1 и
m2 простым соотношением: I1:I2=2,512m1-m2.

4. Характеристики звёзд:

5. Спектральная классификация звезд

Согласно принятым стандартам классификация звезд по цвету предполагает
деление на 7 типов каждый из которых делится на 10 подклассов от 0 до 9.
Дополнительные классы:
Q - спектральные классы новых (молодых) звёзд;
P — классы спектров планетарных туманностей;
W (тип Вольфа-Райе) - спектры очень горячих звёзд, Т→100 тыс. К.

6. Диаграмма спектр-светимость (Герцшпрунга-Рассела)

Главная
последовательность
— область на
диаграмме,
содержащая звёзды,
источником энергии
которых является
термоядерная
реакция синтеза
гелия из водорода.
Положение на ГП
определяется массой
звезды — менее
массивные звезды
лежат внизу, а
наиболее массивные
в самом верху ГП.

7. Массы звёзд:

Масса — главная звездная характеристика.
По ней астрономы могут точно сказать о возрасте звезды и дальнейшей ее
судьбе. Более того, массивность определяет силу гравитационного сжатия
светила — главного условия для того, чтобы ядро звезды «загорелось» в
термоядерной реакции и начало излучать свет.
Двойные звёзды - это близко расположенные пары звёзд.
Различают: оптические двойные и физические двойные.
Физические двойные звёзды (в зависимости от способа их наблюдения)
принято делить на классы: визуально-двойные, затменно-двойные,
спектрально-двойные, астрономически-двойные.
Наблюдения за двойными звёздами и оценка их масс для различных
типов показали, что массы звёзд колеблются в пределах 0,03—60
масс Солнца.

8.

Эволюция звёзд:

9.

На звездном небе наряду со звездами
имеются облака , состоящие
из частиц газа и пыли ( водорода ).
Некоторые из них настолько плотные , что
начинают сжиматься под действием сил
гравитационного притяжения и переходят в
протозвезду. Когда температура в недрах
протозвезды достигнет 10млн градусов ,
начинается термоядерная реакция превращения
водорода в гелий, при этом протозвезда
превращается в излучающую свет обычную
звезду.
ПРОТОЗВЕЗДА – это сжатый газ, который
нагревшись излучает инфракрасные лучи. Протозвезда
свет не излучает , излучает только тепловые лучи.
ЗВЕЗДА – это массивное светящийся тело, состоящее
из газов, внутри которого постоянно происходят
термоядерные реакции, выделяющие энергию.
Последующие стадии эволюции звезды почти полностью зависят от её массы, и
лишь в самом конце эволюции звезды свою роль может сыграть ее химический
состав.

10.

Внутренне строение звезды:

11.

Весь водород в ходе термоядерной реакции превращается
в гелий, образуется гелиевый слой. Если температура в
гелиевом слое меньше 100млн Кельвинов , дальнейшая
термоядерная реакция превращения ядер гелия в ядра
азота и углерода не происходит , термоядерная реакция
происходит не в центре звезды , а только в водородном
слое , прилегающем к гелиевому слою , при этом
температура внутри звезды постепенно увеличивается .
Когда температура достигает 100млн Кельвинов
начинается термоядерная реакция в гелиевом ядре , при
этом ядра гелия превращаются в ядра углерода , азота и
кислорода.
Светимость и размеры звезды намного увеличиваются ,
обычная звезда становится красным гигантом или
сверхгигантом , при этом внешняя оболочка звезды
очень сильно раздувается.

12.

Коричневый карлик - это тип звёзд, которые на
излучение тратят больше энергии, чем получают в
результате ядерной реакции. Их температура около 300-500
градусов.
Их судьба — это постоянное сжатие, пока давление
вырожденного газа не остановит его, и, затем, постепенное
остывание с прекращением всех начавшихся ядерных
реакций.

13.

Красный гигант (сверхгигант)
- тип звёзд, имеющих относительно низкую температуру
(3-5 тысяч градусов), но при этом обладающие огромной
светимостью.

14.

Взрыв Красного гиганта

15.

В конце своей жизни раздувшаяся
оболочка красного гиганта c массой,
не больше 1,2 массы Солнца , слабо
притягивается к ядру , отрывается от
ядра и превращается в планетарную
туманность. Остается только ядро
звезды, которая называется белым
карликом.
Белый карлик – компактные проэвалюционировавшие звёзды
с массами, сравнимыми или большими, чем масса Солнца, но с
радиусами в 100 раз меньшими, лишённые собственных
источников термоядерной энергии (сверхплотное ядро
красного гиганта , состоящее из Не2 , N2 , O2 , C2 и Fe2).
Белый карлик сильно сжат. Радиус его составляет примерно 5000 км, при этом
плотность его составляет около 4×106 г/см3, то есть весит такое вещество в четыре
миллиона больше, чем вода на Земле. Температура на его поверхности – 10 000К.
Белый карлик очень медленно остывает и остаётся существовать вплоть до
скончания мира.

16.

Сверхновые - это звёзды, которые
закачивают свой цикл взрывным
процессом.
Если в спектре такой вспышки присутствуют линии водорода - это
Сверхновая 2 типа, если нет - 1 типа.
Новые - это Сверхновые, вспышка которых гораздо слабее не такая яркая, и выделяет не так много энергии.
Гиперновые - это очень большие Сверхновые.
Гиперновые - это очень большие и тяжёлые звёзды (более 100 масс
Солнца), оканчивающие свою эволюцию взрывом.

17.

В ходе термоядерных реакций, протекающих в недрах звезды c
массой , равной 2M©, H2 превращается в He. После того как
значительная часть водорода превратится в гелий, температура в
её центре возрастает. При увеличении температуры примерно
до 200 млн. К ядерным горючим становится He, который затем
превращается в O2 и Ne. Температуры в центре звезды
постепенно увеличивается до до 300 млн. К. Но даже при столь
высоких температурах O2 и Ne вполне устойчивы и не вступают в
термоядерную реакцию. Однако через некоторое время
температура удваивается, теперь она уже равняется 600 млн. К.
И тогда ядерным топливом становится Ne, который в ходе
термоядерной реакции превращается в Mg и Si. Образование
Mg сопровождается выходом свободных нейтронов. Свободные
нейтроны, вступая в реакцию с этими металлами, создают
атомы более тяжёлых металлов - вплоть до U293 - самого
тяжёлого из природных элементов.

18.

Но вот израсходован весь неон в ядре. Ядро начинает
сжиматься, и снова сжатие сопровождается ростом
температуры. Наступает следующий этап, когда каждые
два атома кислорода, соединяясь, порождают атом
кремния и атом гелия. Атомы кремния, соединяясь
попарно, образуют атомы никеля, которые вскоре
превращаются в атомы железа. В ядерные реакции,
сопровождающиеся возникновением новых химических
элементов, вступают не только нейтроны, но также
протоны и атомы гелия. Появляются такие элементы,
как сера, алюминий, кальций, аргон, фосфор, хлор,
калий. При температурах 2-5 млрд. К рождаются титан,
ванадий, хром, железо, кобальт, цинк, и др., всего в
ходе термоядерных реакций на звездах образуется до
30 химических элементов.

19.

На последних стадиях своей жизни такие звезды становятся неустойчивыми , они
взрываются как сверхновые звезды . При этом в межзвездную среду выбрасываются
все тяжелые элементы , которые образовались внутри звезд во время термоядерных
реакций. Затем звезда в результате сжатия превращается в сверхплотный шар
радиусом в несколько километров. При это плотность становится настолько большой ,
что протоны и электроны соединяются друг с другом и превращаются в нейтроны –
образуется нейтронная звезда.
Более тяжелые звезды , масса которых в 8 -10 раз больше массы Солнца , в результате
неограниченного сжатия превращается в черную дыру.
Нейтронные звёзды - это тип
звёзд, сжатие Ядра которых не
прекращается до тех пор, пока
практически все частицы не
превратятся в нейтроны.

20.

Нейтронная звезда
Пульсары – вращающиеся
нейтронные звезды

21.

Черные дыры
Согласно нашим нынешним представлениям об эволюции
звезд, когда звезда с массой, превышающей примерно 30 масс
Солнца, гибнет со вспышкой сверхновой, внешняя ее оболочка
разлетается, а внутренние слои стремительно обрушиваются к
центру и образуют черную дыру на месте израсходовавшей
запасы топлива звезды. Изолированную в межзвездном
пространстве черную дыру такого происхождения выявить
практически невозможно, поскольку она находится в
разреженном вакууме и никак не проявляет себя в плане
гравитационных взаимодействий. Однако, если такая дыра
входила в состав двойной звездной системы (две горячих
звезды, обращающихся по орбите вокруг их центра масс),
черная дыра будет по-прежнему оказывать гравитационное
воздействие на парную ей звезду.
В двойной системе с черной дырой вещество «живой» звезды будет неизбежно «перетекать» в
направлении черной дыры. При подходе к роковой границе, засасываемое в воронку черной
дыры вещество будет неизбежно уплотняться и разогреваться в силу учащения соударений
между поглощаемыми дырой частицами, пока не разогреется до энергий излучения волн в
рентгеновском диапазоне . Астрономы могут измерить периодичность изменения интенсивности
рентгеновского излучения такого рода и вычислить, сопоставив ее с другими доступными
данными, примерную массу объекта, «перетягивающего» на себя материю. Если масса объекта
превышает предел Чандрасекара (1,4 массы Солнца), этот объект не может являться белым
карликом, в которого суждено выродиться нашему светилу. В большинстве выявленных
случаев наблюдения подобных двойных рентгеновских звезд массивным объектом является
нейтронная звезда. Однако насчитано уже более десятка случаев, когда единственным
разумным объяснением является присутствие в двойной звездной системе черной дыры.

22.

Черная дыра
- область пространства-времени,
гравитационное притяжение
которой настолько велико, что
покинуть её не могут даже
объекты, движущиеся со скоростью
света, в том числе кванты самого
света.
Поглощение звезды черной дырой
( компьютерная модель)

23.

К взрыву готовится Бетельгейзе (c араб. «Дом Близнеца») –
красный сверхгигант созвездия Ориона. Одна из крупнейших среди
известных астрономам звезд. Если ее поместить вместо Солнца,
то при минимальном размере она заполнила бы орбиту Марса, а
при максимальном - достигала бы орбиты Юпитера. Объем
Бетельгейзе почти в 160 млн. раз больше солнечного. И она одна
из самых ярких – ее светимость в 14 000 раз больше солнечной.
Возраст ее – всего, по космическим меркам, около 10 миллионов
лет.И вот этот раскаленный гигантский космический
«чернобыль» уже находится на грани взрыва. Красный гигант уже
начал агонизировать и уменьшаться в размерах. За время
наблюдения с 1993 по 2009 год диаметр звезды уменьшился на 15
%, а сейчас она просто сжимается на глазах.
Астрономы НАСА обещают, что при чудовищном взрыве яркость
звезды увеличится в тысячи раз. Но из-за дальнего расстояния 430 световых лет от нас – катастрофа никак не затронет нашу
планету. А итогом взрыва станет образование сверхновой звезды

24.

Как будет выглядеть это редчайшее событие с земли?
Внезапно в небе вспыхнет очень яркая звезда. Продлится подобное
космическое шоу около 6 недель, что означает более полутора месяцев
«белых ночей» в определенных участках планеты, остальные люди
насладятся двумя-тремя дополнительными часами светового дня и
восхитительным зрелищем взорвавшейся звезды ночью.
Подобное событие само по себе уникально - последнее свидетельство
наблюдения взрыва сверхновой на Земле датировано 1054 годом.

25.

Задача :
Определите сумму масс и массу звёзд двойной звезды, годичный параллакс
которой составляет 0,08//. Будем считать, что период обращения компонентов
равен 56 годам, а большая полуось видимой орбиты равна 3//. Компоненты звезды
отстоят от центра масс на расстояниях, относящихся как 1:7.

26.

Задача :
У двойной звезды период обращения 100 лет. Большая полуось
видимой орбиты a = 2″, а параллакс π = 0.05″. Определите сумму масс
и массы звезд в отдельности, если звезды отстоят от центра масс на
расстояниях, относящихся как 1:4.