Карликовые звезды: типы, характеристики и другие интересные особенности

28.12.2022
1
10 мин
93
Карликовые звезды: типы, характеристики и другие интересные особенности

Приветствую, уважаемые друзья!

Сегодня поговорим о карликовых звездах, их типах, характеристиках и других интересных особенностях.

Звезды бывают всех цветов и размеров.

Есть звезды-карлики, а есть звезды-гиганты.

Помимо указания на небольшой размер звезд, термин «карлик» может сказать нам кое-что еще.

Среди прочего, это включает в себя фазу, на которой звезда находится в своем жизненном цикле.

Давайте узнаем больше об этом.

Карликовые звезды

Что такое карликовая звезда?

Термин «карликовая звезда» был придуман Эйнаром Герцшпрунгом (Ejnar Hertzsprung) в 1906 году.

Он использовал его, чтобы различать выдающиеся звезды К- и М-типа, которые либо ярче, либо тусклее Солнца.

Те, что крупнее и намного ярче, называются «звездами-гигантами».

Меньшие и тусклые звезды называются «карликовые звезды».

Имея это в виду, мы можем легко вспомнить, что карликовая звезда — это любая звезда со средним или относительно небольшим размером, массой и светимостью.

Слова «карликовые звезды» часто используются взаимозаменяемо с отдельной полосой звезд, называемой главной последовательностью.

Это связано с тем, что большинство звезд главной последовательности являются карликовыми звездами.

Эти звезды представляют собой желтые карлики, оранжевые карлики и красные карлики.

Их класс светимости представлен римской цифрой V.

Наше Солнце находится на главной последовательности.

Это желтый карлик.

Помимо звезд на главной последовательности, слово «карлик» также используется для звезд на более поздних стадиях звездной эволюции вне главной последовательности.

Для них характерны относительно меньшие размеры, отсюда и название «карликовые».

Звезда с очень малой массой, покидающая главную последовательность, станет голубым карликом.

Его температура увеличивается, о чем свидетельствует его цвет.

Еще одна звезда, приближающаяся к концу звездной жизни — белый карлик.

Позже он станет черным карликом.

Существует также маломассивный подзвездный объект, называемый коричневым карликом.

Этот объект не является ни звездой, ни планетой.

Спектральная классификация звёзд

Характеристики звезд

Цвета звезд многое говорят об их характеристиках.

Для этого мы можем обратиться к системе классификации Гарварда, где синий (тип О) — самый горячий, а красный (тип М) — самый холодный.

Эта система основана на температуре поверхности звезд.

В системе Моргана-Кинана (МК) числа складываются вместе с буквами.

Цифры от 0 до 9.

Звезды с цифрой 0 самые горячие, а звезды с цифрой 9 самые крутые.

Другой особенностью спектрального класса звезды является ее класс светимости.

Это еще одна вещь, которая отличает карликовые звезды от более крупных звезд-гигантов.

Класс видимости Описание
0 или la+ Гипергигант
la Яркий сверхгигант
lb Сверхгигант
II Яркий гигант
III Гигант
IV Субгигант
V Звезды главной последовательности (включая красные карлики)
VI Субкарлики
VII Белые карлики

Диаграмма Герцшпрунга – Рассела (диаграмма H – R) сравнивает светимость звезд с их звездной классификацией или эффективными температурами.

На этой диаграмме мы видим, что большинство звезд находятся на четкой диагональной линии, называемой главной последовательностью.

Диаграмма Герцшпрунга – Рассела

Горячие и яркие звезды находятся в верхней левой части главной последовательности.

Более холодные и менее яркие карликовые звезды находятся в правом нижнем углу.

Субгиганты, а также гиганты и сверхгиганты находятся над этой отчетливой полосой звезд.

Мы видим, что только несколько звезд заселяют нижнюю левую часть диаграммы, где находятся белые карлики.

О многом нам говорит полный спектральный класс звезды.

Мы можем использовать наши знания о цветах, числовых цифрах и указанных классах светимости, чтобы отличить карликовые звезды от других типов звезд.

Типы и жизненный цикл карликовых звезд

Мы часто слышим о карликовых звездах, но не все они одного типа.

Чтобы легко отличить их друг от друга, мы можем разделить их на три группы.

Слово «карлик» может означать звезды главной последовательности, звезды, находящиеся на поздней стадии звездной жизни, или субзвездные объекты.

В основной последовательности

Желтые карлики

Желтый карлик также называют звездой-карликом класса G.

Она имеет V класс светимости на главной последовательности.

Поскольку она находится на главной последовательности, она генерирует энергию за счет синтеза водорода и гелия в своем ядре.

Масса звезды главной последовательности типа G составляет от 0,84 до 1,15 массы Солнца.

Температура ее поверхности колеблется от 5300 до 6000 К.

Желтый карлик -> Красный гигант -> Планетарная туманность -> Белый карлик

Желтый карлик начинает свою жизнь со звездной туманности.

Они выходят на главную последовательность, когда становятся достаточно массивными и начинают синтез водорода.

Эти звезды будут продолжать синтезировать водород в течение примерно 10 миллиардов лет.

Когда ядерное топливо будет окончательно исчерпано, желтый карлик станет больше и войдет в фазу красного гиганта.

После этого этапа он удалит свои внешние слои, что приведет к образованию планетарной туманности.

То, что осталось — это ядро этой звезды, которое со временем уплотняется, превращаясь в белого карлика.

Более массивные звезды станут красными сверхгигантами после главной последовательности.

После этого они взорвутся сверхновой и коллапсируют в черную дыру или нейтронную звезду.

Оранжевые карлики

Оранжевый карлик — звезда главной последовательности К-типа.

Диапазон ее массы составляет от 0,5 до 0,8 массы Солнца.

Температура ее поверхности составляет от 3900 до 5200 К.

Как и любые звезды на главной последовательности, она относится к классу светимости V.

Оранжевые карлики остаются на главной последовательности от 18 до 34 миллиардов лет, дольше, чем желтые карлики.

Именно по этой причине они являются хорошими кандидатами на планеты земной группы.

Жизненный цикл оранжевого карлика идет по тому же пути, что и желтого карлика, только на несколько миллиардов лет дольше.

Красные карлики

В Млечном Пути преобладают красные карлики, которые составляют примерно три четверти его звезд.

Однако мы не можем увидеть ни одного из них невооруженным глазом из-за их низкой светимости.

Эти маленькие звезды имеют низкие температуры и очень слабые.

Красные карлики также называют звездами главной последовательности М-типа.

Их можно найти в нижней части полосы основной последовательности.

Они генерируют энергию за счет термоядерного синтеза водорода.

Их масса примерно в 0,8 раза больше массы Солнца, а максимальная температура составляет 5200 К.

Водородный синтез у красных карликов с массой менее 0,35 массы Солнца поддерживается в течение длительного времени, поскольку они являются конвективными.

При этом в его ядре не происходит накопления гелия из-за постоянного перемешивания материала.

Этот процесс продолжается длительное время, занимая миллиарды или триллионы лет.

Красный карлик -> Голубой карлик -> Белый карлик -> Черный карлик

После многих лет ядерного синтеза водород красного карлика будет израсходован.

Это приводит к замедлению скорости слияния.

Вскоре после этого ядро начнет сжиматься и станет голубым карликом.

Когда он больше не поддерживает термоядерный синтез в своем ядре, он станет белым карликом, а в конечном итоге — черным карликом.

Более поздние формы красных карликов все еще являются «гипотетическими остатками».

Никто из них еще не достиг продвинутых стадий своей звездной жизни.

Их продолжительность жизни больше, чем нынешний возраст Вселенной, который составляет около 13,8 миллиардов лет.

Карликовая звезда: на более поздних стадиях звездной жизни

Голубые карлики

Голубой карлик — теоретический остаток красного карлика.

Это все еще предсказанный звездный класс, потому что ни один красный карлик еще не продвинулся на более поздних стадиях своей жизни.

Красный карлик становится голубым карликом, когда израсходует большую часть водорода в своем ядре.

Его яркость увеличивается по мере взросления.

Чтобы излучать эту энергию, красные карлики повышают температуру своей поверхности.

Это видно по более горячему и синему цвету звезды.

Белые карлики

Белый карлик — это остаток звезды, состоящий из электронно-вырожденного вещества.

Есть два способа его образования: либо из красных карликов, либо из звезд среднего размера, таких как наше Солнце.

Молодые белые карлики излучают рентгеновские лучи, заливая окружающее пространство.

Около 75% звезд в нашей галактике станут белыми карликами.

Эти звезды имеют предполагаемую массу от 0,17 до 1,33 массы Солнца.

Большинство наблюдаемых белых карликов имеют температуру поверхности от 8000 до 40000 К.

Белый карлик очень плотный.

Он может быть таким же большим, как Земля, но сохраняет около половины своей прежней звездной массы.

В белом карлике больше не происходит теплового синтеза.

Его тепло происходит от захваченной в нем тепловой энергии.

Это тепло может уйти только путем излучения.

Этот процесс охлаждения займет триллионы лет.

Черные карлики

Черный карлик формируется, когда белый карлик уже остывает.

К тому времени звезда уже не излучает ни света, ни тепла.

Это все еще гипотетический остаток, потому что Вселенная еще молода по сравнению с периодом остывания белого карлика.

Помимо того, что черного карлика во Вселенной еще не существует, обнаружить его в далеком будущем будет непросто.

Это потому, что этот остаток звезды больше не будет излучать значительное излучение.

Этот холодный и темный объект будет практически невидим.

Подзвездный объект

Коричневые карлики

Коричневый карлик не является ни звездой, ни планетой.

Его часто называют «неудавшейся звездой», поскольку вначале он формируется так же, как и любая другая звезда.

Дело в том, что она не стала такой массивной, как другие звезды, чтобы поддерживать слияние водорода с гелием в ее ядре.

Она может плавить только дейтерий.

Масса коричневого карлика примерно в 0,08 раза больше массы Солнца или от 13 до 80 масс Юпитера.

Известные карликовые звезды

Желтый карлик: Солнце

Желтый карлик: Солнце

Солнце — самая важная звезда в нашей Солнечной системе.

Вместе со всеми окружающими его планетами оно составляет около 99,8% массы всей системы.

Это пример звезды главной последовательности типа G.

Ее спектральный класс — G2V.

Хотя это желтый карлик, иногда мы можем видеть его оранжевым или красным, особенно во время восхода или заката.

Цвет Солнца, который мы видим здесь, на Земле, зависит от атмосферы нашей планеты.

Но со всем этим цветом, связанным с нашим Солнцем, важно отметить, что на самом деле оно белого цвета, если смотреть из космоса.

Солнце выглядит желтым в нашей перспективе, потому что солнечный свет рассеивается, когда входит в атмосферу Земли.

Другими известными желтыми карликами являются подобные Солнцу звезды 51 Пегаса, Тау Кита и Альфа Центавра А.

Оранжевые карлики: Альфа Центавра B

Оранжевые карлики: Альфа Центавра B

Альфа Центавра B — оранжевый карлик, также известный как Толиман.

Это часть многозвездной системы Альфа Центавра.

Спектральный класс этой звезды — K1V.

Видимая величина этой оранжевой звезды составляет 1,35.

Она имеет только около 90% солнечной массы.

Ее диаметр меньше примерно на 14%.

Другой пример оранжевого карлика — Эпсилон Инди.

Его спектральный класс K5V.

Он менее массивен, чем Солнце — всего около 75% солнечной массы.

Красный карлик: Альфа Центавра C

Красный карлик: Альфа Центавра C

Альфа Центавра C, или более известная как Проксима Центавра, является примером красного карлика.

Эта звезда примечательна тем, что является ближайшей к нашему Солнцу звездой, находящейся на расстоянии всего около 4,2465 световых лет.

Масса этой маленькой звезды составляет всего около 12,5% солнечной массы, а ее диаметр составляет 14% диаметра Солнца.

Мы не можем увидеть его невооруженным глазом, потому что его видимая величина составляет всего около 11,13.

Вторая ближайшая к нам звезда, звезда Барнарда, тоже красный карлик.

Gliese 581 также является еще одним примером этого типа.

Ее спектральный класс — M3V.

Эта звезда М-типа находится примерно в 20 световых годах от нас.

Белый карлик: Сириус B

Белый карлик: Сириус B

Сириус B — второстепенный компонент звездной системы Сириуса, самая яркая звезда на нашем ночном небе.

Масса средних белых карликов составляет от 0,5 до 0,6 массы Солнца, а масса Сириуса В в 1,02 раза больше солнечной.

Температура его поверхности составляет 25 200 К.

Эта звезда очень плотная, потому что ее масса упаковывается в размеры, сравнимые с массой Земли.

Она остывает и будет продолжать это делать в течение двух миллиардов лет или более.

Первый обнаруженный белый карлик — 40 Эридана B, а наш ближайший одинокий белый карлик — Ван Маанен 2.

Коричневый карлик: Тейде 1

Teide 1 находится в рассеянном звездном скоплении Плеяды.

Он такой же массивный, как примерно 57 Юпитеров, но имеет только 0,0544 солнечной массы.

Температура поверхности этого субзвездного объекта составляет примерно 2600 К.

Тейде 1 был первым подтвержденным коричневым карликом.

Она относится к спектральному классу M8.

Ее возраст оценивается в 120 миллионов лет.

Она находится примерно в 400 световых годах от нас.

Ближайшие к нам известные коричневые карлики находятся в Luhman 16.

Это двойная система из двух карликов, обозначенных Luhman 16A и Luhman 16B.

Эта система находится примерно в 6,5 световых годах от нас.

Карликовые звезды: дополнительные факты

  • Оранжевые карлики — отличные кандидаты на возможность существования внеземной жизни по многим причинам. Помимо более продолжительной жизни, чем у желтых карликов, они более многочисленны. Их эмиссия ультрафиолетового излучения также меньше;
  • Оранжевые карлики имеют больше преимуществ, чем красные карлики, с точки зрения обитаемости. У звезд K-типа нет проблем с планетой, привязанной к ней приливом. Вдобавок ко всему, ее обитаемая зона шире, чем у красных карликов;
  • Возможность жизни вокруг белого карлика не исключена. Одна хорошая вещь в том, что ее выход энергии стабилен, в отличие от красного карлика. Но чтобы планета была пригодна для жизни, она должна быть очень близко к звезде, чтобы иметь жидкую воду. Это означает, что экзопланета будет заблокирована приливом;
  • Коричневые карлики используют спектральные классы по температуре поверхности. Это спектральные типы M, L, T и Y.

Если у вас остались вопросы или вы хотите оставить комментарий по этой статье - напишите его в разделе комментариев ниже.

До скорых встреч! Заходите!

Средний балл: 5
Комментарии к этой статье:
  1. я:   30.12.2022

    Солнце — самая важная звезда в нашей Солнечной системе ?