Красный гигант: путешествие к поздним стадиям звездной жизни

03.01.2023
0
9 мин
69
Красный гигант: путешествие к поздним стадиям звездной жизни

Здравствуйте, друзья!

Давайте поговорим сегодня о красных гигантах.

Звезды проходят разные этапы своей звездной эволюции.

Они начинаются как маленькие звезды и через некоторое время превращаются во что-то еще.

После основной последовательности звезды станут больше.

В зависимости от массы они станут либо красными гигантами, либо красными сверхгигантами.

Давайте узнаем больше о красных гигантах.

Что такое красный гигант?

Что такое красный гигант?

Красный гигант — это звезда на поздних стадиях своей звездной жизни.

Говорят, что на этой стадии звезды проводят только 1% своей жизни.

Наше Солнце сейчас находится на главной последовательности.

Оно генерирует энергию, превращая водород в гелий.

На главной последовательности ядро звезды находится в состоянии гидростатического равновесия.

Этот баланс устанавливается благодаря реакциям ядерного синтеза в его ядре.

Она останется на этой стадии около 10 миллиардов лет, прежде чем станет красным гигантом.

Как известно, красный гигант — это звезда класса K или M.

Красные гиганты по-разному генерируют энергию.

В ветви гигантов их три группы: ветвь красных гигантов (RGB — red-giant branch), горизонтальная ветвь (HB — horizontal branch) и ветвь асимптотических гигантов (AGB — asymptotic-giant-branch).

Красные гиганты обычно находятся в RGB, где они превращают водород в гелий через оболочку, окружающую гелиевое ядро.

В HB гелий сплавляется в ядрах красных гигантов посредством тройного альфа-процесса.

Холодные и яркие звезды населяют AGB.

Их ядра состоят из углерода и кислорода, а также оболочек, сжигающих гелий и водород.

Красные гиганты — одни из самых больших и ярких звезд на нашем ночном небе.

Их жизненный цикл также интересен.

Прежде чем их огни погаснут, они выбросят светящиеся газовые оболочки, называемые планетарными туманностями.

Некоторыми известными примерами красных гигантов являются Арктур, Альдебаран, Гакрукс, Поллукс и Мира.

Характеристики красного гиганта

Характеристики красного гиганта

  • Спектральный класс: тип K или M (включая углеродные звезды и S-тип);
  • Масса: примерно от 0,8 до 8 масс Солнца;
  • Температура поверхности: ниже 5000 K;
  • Продолжительность жизни: от нескольких тысяч до одного миллиарда лет.

Красные гиганты относятся к спектральным классам K и M.

Они имеют цвет от желто-оранжевого до красного, что свидетельствует о более низкой температуре поверхности.

Другими звездами, принадлежащими к этому типу, являются углеродные звезды и звезды S-типа.

Они различаются по количеству углерода и кислорода в их атмосферах.

У углеродной звезды больше углерода, в то время как у S-звезды примерно равное количество кислорода и углерода в атмосфере.

После главной последовательности звезды с массой примерно от 0,8 до 8 масс Солнца станут красными гигантами.

Они больше по размеру, поэтому они ярче, чем наше Солнце.

На диаграмме Герцшпрунга–Рассела (диаграмма HR) римские цифры II и III соответствуют классу светимости ярких гигантов и гигантов соответственно.

Светимость звезд в ветви красных гигантов примерно в три тысячи раз превышает светимость Солнца.

Те, что в горизонтальной ветви, имеют около 75 солнечных светимостей.

Звезды проводят от тысяч до миллиардов лет на стадии красного гиганта.

После этого они перейдут в другую фазу по мере приближения к концу своей звездной эволюции.

Жизненный цикл красного гиганта

Жизненный цикл красного гиганта

Жизнь каждой звезды начинается в межзвездных облаках.

Очень молодые звезды, называемые «протозвездами», собирают массу из газа и пыли вокруг себя в своем натальном облаке.

Этот этап длится примерно 500 000 лет.

Молодые звезды начинают сжиматься из-за собственной гравитации.

Процесс продолжается до тех пор, пока они не станут достаточно горячими, чтобы поддерживать синтез водорода в их ядре.

Слияние водорода с гелием начнется, когда температура ядра составит около 10 миллионов К и более.

К этому времени это уже звезда главной последовательности.

Самые маленькие звезды во Вселенной, красные карлики, останутся на главной последовательности примерно от 80 до 100 миллиардов лет.

Время пребывания солнцеподобных звезд составляет около 10 миллиардов лет.

У больших и массивных звезд жизнь короче.

Они будут находиться на главной последовательности только около 20 миллионов лет.

После основной последовательности звезды перейдут в другую фазу.

Их масса определит следующий этап их звездной жизни.

Средние звезды или звезды с массой 8 солнечных или меньше станут гигантами.

Массивные звезды с массой более 8 солнечных станут сверхгигантами.

Гиганты и сверхгиганты

Сверхгиганты намного крупнее и массивнее красных гигантов.

Самая яркая звезда этого типа — Бетельгейзе.

Она очень заметна в созвездии Ориона, потому что все остальные его звезды имеют голубой оттенок.

Только Бетельгейзе имеет красноватый оттенок.

Красные карлики имеют меньшую массу, чем средние звезды.

Они не станут ни гигантами, ни сверхгигантами.

После главной последовательности они станут голубыми карликами, белыми карликами и, наконец, черными карликами.

Красный гигант -> Планетарная туманность -> Белый карлик

Звезды остаются в стадии красного гиганта от тысячи до одного миллиарда лет.

Когда синтез в ее ядре больше невозможен, она сжимается и нагревается.

После этого она выбросит свой внешний материал, что приведет к образованию планетарной туманности.

Название планетарная туманность не имеет ничего общего с планетами.

Название было получено из-за ограничений ранних телескопов.

Астрономы в прошлом думали, что эти объекты напоминают форму планет и описывали их именно так.

Это впечатляющие объекты глубокого космоса из ионизированного газа.

Ниже приведены примеры туманности Льва и туманности Кошачий глаз.

Туманность Льва

Туманность Льва

Туманность Кошачий глаз

Туманность Кошачий глаз

То, что остается после того, как внешний слой звезды сдувается, является ее ядром.

Этот остаток звездного ядра, который теперь является белым карликом, становится очень плотным.

Кроме того, очень горячий, с температурой около 100 000 Кельвинов.

Белый карлик остынет через миллиарды лет.

Также он называют «вырожденным карликом».

Он больше не поддерживает слияние.

Поскольку он очень плотный, его размер может быть лишь немного больше нашей планеты.

Однако он может быть таким же массивным, как Солнце.

Вот какой он плотный этот белый карлик!

Особенности: внутри красного гиганта

Звезда, подобная нашему Солнцу, станет красным гигантом, когда у нее закончится водородное топливо для сжигания.

Она отдалится от основной последовательности и станет больше, плотнее и краснее.

К этому времени ядро звезды содержит преобразованный гелий на фазе главной последовательности.

Есть и другие более тяжелые элементы, но они очень минимальны.

Ниже показаны слои звезды на главной последовательности (а) и (б) после главной последовательности, когда водород уже исчерпан.

слои звезды на главной последовательности

Выработка энергии путем синтеза гелия в ядре требует более высоких температур.

У звезды еще нет ядерной энергии, потому что синтез водорода остановился.

К этому времени ядро звезды начнет сжиматься и сжиматься из-за гравитации.

Это сжатие и перемещение материала внутрь повысит температуру ядра.

Тепло, выделяемое сжимающимся ядром звезды, будет течь к более холодной оболочке.

Постепенно слой водорода на внешней оболочке ядра будет нагреваться.

Эта оболочка будет нагреваться до тех пор, пока не достигнет критической точки, при которой произойдет синтез водорода.

Это также увеличивает светимость звезды.

Почему звезды расширяются во время фазы красных гигантов?

Гелиевое ядро звезды продолжает сжиматься и сжиматься.

Оно обеспечивает энергию, необходимую для поддержания синтеза на его водородной термоядерной оболочке.

Энергия из этой оболочки течет наружу во внешние слои звезды, и ее внешняя атмосфера раздувается.

Именно по этой причине звезды расширяются в фазе красного гиганта.

Когда Солнце достигнет этой стадии расширения, оно поглотит Меркурий и Венеру в Солнечной системе и, возможно, включая Землю.

По мере расширения внешнего слоя звезды температура ее поверхности также становится ниже.

Это связано с тем, что тепло будет распространяться на большую площадь.

Заметный «красный» цвет, связанный с этим типом звезд, указывает на это снижение температуры.

Но на самом деле звезды-гиганты выглядят скорее оранжевыми, чем красными.

Интересно отметить, что о красных гигантах есть много противоречивого.

Ядра этих звезд коллапсируют и становятся более горячими.

При этом их внешние слои расширяются и становятся холоднее.

Известные красные звезды-гиганты

Арктур

Арктур

Арктур — четвертая по яркости звезда, которую мы можем видеть на ночном небе.

Его также называют Альфа Волопаса, так как это самая заметная звезда в созвездии Волопаса (Пастух).

Этот красный гигант принадлежит к спектральному классу K0III.

Это стареющая звезда, возраст которой составляет около 7,1 миллиарда лет.

Видимая величина Арктура составляет -0,05, что делает его самой яркой звездой северного небесного полушария.

Это также самый яркий гигант К-типа в целом.

Он почти такой же массивный, как Солнце, но его внешний слой расширился примерно в 25,4 раза.

Арктур излучает светимость примерно 170 Солнц.

Эта звезда находится примерно в 36,7 световых годах от нашего Солнца.

Альдебаран

Альдебаран

Альдебаран — это Альфа Тельца в обозначении Байера (Bayer).

Этот красный гигант является четырнадцатой по яркости звездой на нашем ночном небе.

Его радиус примерно в 44 раза больше, чем у Солнца.

Он также светлее более чем в 400 раз.

Хотя он больше, температура его поверхности ниже — 3900 К.

Эта звезда находится в ветви красных гигантов, как указано в ее спектральном классе K5+ III.

Он немного изменчив, с видимой величиной от 0,75 до 0,95.

Вокруг этой звезды была обнаружена экзопланета, похожая на Юпитер.

Эта система расположена примерно в 65,3 световых годах от нас.

Гакрукс

Гакрукс

Гакрукс — красный гигант со спектральным классом M3.5 III.

Он принадлежит к созвездию Южного Креста, где является третьей по яркости звездой.

Видимая звездная величина +1,64.

Эта звезда М-типа примерно на 30% массивнее Солнца.

Однако его размер увеличился примерно в 120 раз по сравнению с радиусом Солнца.

Он также ярче примерно в 760 раз.

Гакрукс находится на расстоянии 88,6 световых лет от нас.

Поллукс

Поллукс

Поллукс — звезда К-типа в созвездии Близнецов.

Это ближайший гигантский звездный сосед нашего Солнца.

Его видимая величина составляет 1,14, что делает его самой яркой звездой в созвездии.

Когда-то Поллукс был звездой А-типа, когда находился на главной последовательности.

Водород в его ядре уже исчерпан, и теперь это красный гигант со спектральным классом K0 III.

Он почти в два раза массивнее Солнца.

Радиус этой звезды К-типа больше нашего Солнца примерно в девять раз.

Была обнаружена внесолнечная планета, вращающаяся вокруг этой гигантской звезды.

Ей дали имя Фестиас.

Эта планетная система расположена на расстоянии 33,78 световых года от нас.

Мира

Мира

Мира — красный гигант в созвездии Кита.

Это бинарная система с компонентами, обозначенными Мира А и В.

Видным членом пары является Мира А.

Она находится в асимптотической ветви гигантов.

Это важное начало, потому что оно служит прототипом переменной звезды, называемой переменными Мира.

Когда она пульсирует, ее яркость резко меняется в течение длительного периода от 80 до 1000 дней и более.

Блеск этой звезды меняется в каждом цикле.

Ее максимальная видимая величина равна 3, а минимальная — 9.

Мира А была самой ранней обнаруженной переменной, не являющейся сверхновой.

Этот красный гигант такой же массивный, как Солнце, но намного крупнее.

Она увеличилась более чем в 400 раз по сравнению с Солнцем. Она также более светлая.

Этот красный гигант теряет массу из-за звездного ветра.

Она сбрасывает материал, который выглядит как хвост длиной 13 световых лет.

Расчетное расстояние от этой звезды до нас составляет от 200 до 400 световых лет.

Дополнительные факты

Когда Солнце становится красным гигантом, обитаемая зона также смещается наружу, давая шансы на жизнь в более отдаленных регионах Солнечной системы, таких как спутники Энцелад и Европа.

Судьба нашей планеты неизвестна, будет ли она поглощена Солнцем или нет, когда оно станет красным гигантом.

Ученые до сих пор расходятся во мнении.

Даже если ее не проглотить, жизнь все равно перестанет существовать, потому что она будет вращаться ближе к стареющей на тот момент звезде.

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: 0