5.2 Evolyuciya zvezd
Stroenie diagrammy Gercshprunga-Ressela ob'yasnyaet teoriya zvezdnoi evolyucii. Teoriya evolyucii zvezd k nastoyashemu vremeni dobilas' bol'shih uspehov v ob'yasnenii kachestvennoi, a v nekotoryh sluchayah i kolichestvennoi svyazi mezhdu nablyudaemymi parametrami zvezd, takimi kak temperatura poverhnosti, massa, radius, vremya zhizni na razlichnyh evolyucionnyh stadiyah i dr. V nastoyashee vremya obsheprinyatoi yavlyaetsya tochka zreniya, chto zvezdy rozhdayutsya pri szhatii fragmentov plotnyh oblakov holodnogo mezhzvezdnogo gaza, prichem chashe vsego zvezdoobrazovanie prohodit v opredelennyh oblastyah diska Galaktiki - gazovo-pylevyh kompleksah, zanimayushih oblasti s harakternymi razmerami 100 - 500 pk. Sgustki materii szhimayutsya pod deistviem sobstvennogo tyagoteniya i prevrashayutsya v zvezdy. Eti processy my rassmotrim podrobnee nizhe.
Evolyuciya zvezd do glavnoi posledovatel'nosti proishodit v usloviyah ne ochen' vysokih temperatur v ob'eme zvezdy, kogda nepolnaya ionizaciya i bol'shaya neprozrachnost' privodit k pochti polnoi konvektivnosti takih zvezd, poetomu k glavnoi posledovatel'nosti zvezdy podhodyat prakticheski odnorodnymi po himicheskomu sostavu. Pri etom na diagramme cvet-svetimost' evolyuciya proishodit vdol' tak nazyvaemogo treka Hayashi, kogda zvezda, pervonachal'no imeyushaya vysokuyu svetimost' vsledstvie bol'shogo radiusa i krasnyi cvet iz-za nizkoi temperatury poverhnosti, postepenno szhimayas', stanovitsya menee yarkoi i bolee goluboi. Otmetim, chto v kachestve svetimosti v ramkah etogo paragrafa rassmatrivaetsya bolometricheskaya svetimost', tak chto v opticheskom diapazone samye molodye zvezdy pochti ne vidny - maksimum energii v spektre u takih zvezd prihoditsya na dalekuyu infrakrasnuyu oblast' spektra. Energiya pri etom vydelyaetsya v osnovnom za schet szhatiya zvezdy. Na stadii do glavnoi posledovatel'nosti idut nekotorye yadernye reakcii, v kotoryh vygorayut prisutstvuyushie v veshestve zvezdy deiterii, litii i berillii, no vklad etih reakcii v obshee energovydelenie nevelik. Temp evolyucii zavisit ot massy zvezdy. Vremya prodolzhitel'nosti stadii evolyucii do glavnoi posledovatel'nosti (Tpms) v zavisimosti ot massy zvezdy privedeno v tablice 5-1, gde znacheniya mass zvezd M dany, kak eto prinyato, v edinicah solnechnoi massy M¤ .
| Tpms, gody |
2.5· 106 |
1.8· 107 |
5.0· 107 |
1.6· 108 |
<
| M/M¤ |
3.0 |
1.5 |
1.0 |
0.5 |
|
Zvezdy, nahodyashiesya na etoi stadii evolyucii v bol'shom chisle nablyudayutsya v oblastyah zvezdoobrazovaniya i molodyh zvezdnyh skopleniyah i associaciyah, chasto proyavlyaya sebya kak vspyhivayushie peremennye. Raschety pokazyvayut, chto zvezdy s massami bol'she 0.07-0.08 M
¤ (massa zavisit ot himicheskogo sostava protozvezdnogo oblaka) dostigayut glavnoi posledovatel'nosti, gde nachinayutsya yadernye reakcii prevrasheniya vodoroda v gelii, a zvezdy s men'shimi massami ostyvayut, prevrashayas' v vyrozhdennye vodorodnye karliki. Eto tak nazyvaemye
korichnevye karliki, kotorye po svoistvam blizki k krupnym gazovym planetam tipa Yupitera.
Dlya zvezd s massami menee 8 mass Solnca vydelyayutsya sleduyushie osnovnye fazy evolyucii:
- gorenie vodoroda v yadre (stadiya glavnoi posledovatel'nosti);
- gravitacionnoe szhatie vsei zvezdy (eta faza otsutstvuet u zvezd s massami menee polutora solnechnyh mass);
- zagoranie vodorodnogo sloevogo istochnika (yadro uzhe polnost'yu gelievoe);
- gorenie vodoroda v sloe s postepennym udaleniem ego ot yadra (stadiya krasnogo giganta);
- gorenie geliya v yadre (stadiya giganta gorizontal'noi vetvi);
- gorenie sloevyh istochnikov vodoroda i geliya (stadiya giganta asimptoticheskoi vetvi);
- posledovatel'noe gorenie v yadre legkih al'fa-elementov i obrazovanie sootvetstvuyushih sloevyh istochnikov (dlya zvezd s massami M > 4 M¤);
- zaklyuchitel'naya stadiya - prevrashenie zvezdy v vyrozhdennyi belyi karlik.
U bolee massivnyh zvezd pri ih uhode s glavnoi posledovatel'nosti v yadre posledovatel'no goryat gelii, uglerod i t.d. s obrazovaniem zhelezonikelevogo yadra, i zvezda opisyvaet na diagramme cvet-svetimost' shirokie petli. Pri etom petli zahodyat dazhe v golubuyu oblast' GR-diagrammy, tak chto nekotorye takie zvezdy mozhno prinyat' za zvezdy glavnoi posledovatel'nosti. Evolyuciya ochen' massivnyh zvezd zakanchivaetsya katastroficheski - kak vzryv sverhnovoi zvezdy, posle kotorogo ostaetsya ekzoticheskii zvezdnyi ob'ekt - neitronnaya zvezda, inogda proyavlyayushaya sebya kak pul'sar, ili chernaya dyra. Mnozhestvo tochek, kotoroe zvezda dannoi massy prohodit na GR-diagramme, nazyvaetsya
evolyucionnym trekom. Takie treki dlya zvezd s massami ot 0.8 do 25 solnechnyh mass, rasschitannye gruppoi shveicarskih teoretikov pod rukovodstvom Maedera, pokazany na ris. 5-3. Po osyam na risunke, kak obychno prinyato v teoreticheskih issledovaniyah zvezdnoi evolyucii, otlozheny logarifmy bolometricheskoi svetimosti v edinicah bolometricheskoi svetimosti Solnca i logarifmy effektivnoi temperatury. Ciframi ukazany massy zvezd v massah Solnca. Chtoby ne zagromozhdat' risunok, na nem ne pokazany petli trekov zvezd bol'shih mass. Krivaya, soedinyayushaya nachal'nye tochki vseh trekov, nazyvaetsya
nachal'noi glavnoi posledovatel'nost'yu (inogda - glavnoi posledovatel'nost'yu nulevogo vozrasta). Chasto v nauchnoi literature ispol'zuyut abbreviatury etih slovosochetanii - NGP i GPNV (angliiskaya abbreviatura - ZAMS). Vazhnost' opredeleniya pravil'nogo polozheniya NGP na GR-diagramme budet pokazana v lekcii o zvezdnyh skopleniyah. Poka zhe otmetim, chto polozhenie NGP zavisit ot himicheskogo sostava zvezd - kak ot soderzhaniya tyazhelyh elementov, tak i soderzhaniya geliya. Pri etom s uvelicheniem soderzhaniya geliya ili s umen'sheniem soderzhaniya tyazhelyh elementov NGP na GR-diagramme (na ris. 5-3 i 5-4) smeshaetsya vlevo i vniz. Polozhenie NGP nemnogo zavisit i ot vrasheniya zvezd.
|
 >
|
Evolyucionnye treki pokazyvayut ne vsyu informaciyu o zavisimosti svoistv zvezd ot vremeni. V chastnosti, na ris. 5-3 net informacii o prodolzhitel'nosti teh ili inyh evolyucionnyh stadii. Osobenno vazhnoi dlya zvezdnoi astronomii yavlyaetsya neskol'ko inoe predstavlenie rezul'tatov raschetov zvezdnoi evolyucii. Esli my otmetim na evolyucionnyh trekah zvezd raznyh mass tochki, sootvetstvuyushie opredelennomu momentu vremeni i soedinim ih plavnoi krivoi, my poluchim tak nazyvaemuyu teoreticheskuyu izohronu.
Teoreticheskaya izohrona pokazyvaet, kak raspolagayutsya na GR-diagramme zvezdy raznyh mass, no odnogo vozrasta. Nabor teoreticheskih izohron dlya zvezd raznogo vozrasta, poluchennyi po raschetam ital'yanskih teoretikov pod rukovodstvom Kiozi, pokazan na ris. 5-4 (cifry - vozrasty v logarifmicheskoi shkale v godah). Pri etom dlya udobstva prakticheskogo ispol'zovaniya izohrony obychno stroyatsya tak, chto po osyam raspolagayutsya velichiny, kotorye mozhno poluchit' neposredstvenno iz nablyudenii - zdes' eto absolyutnaya zvezdnaya velichina i pokazatel' cveta.
| Camoi dlitel'noi fazoi evolyucii vseh zvezd yavlyaetsya stadiya glavnoi posledovatel'nosti, kogda v central'noi oblasti zvezdy vodorod prevrashaetsya v gelii. Imenno poetomu sredi vseh nablyudaemyh zvezd bol'shinstvo yavlyayutsya zvezdami glavnoi posledovatel'nosti. Dlitel'nost' etoi stadii sostavlyaet okolo 90% ot vsego vremeni evolyucii zvezdy do stadii neitronnoi zvezdy ili belogo karlika. Prodolzhitel'nost' zhizni zvezd na glavnoi posledovatel'nosti sushestvenno zavisit ot ih massy. Na ris. 5-5 pokazana zavisimost' logarifma vremeni zhizni na glavnoi posledovatel'nosti ot massy zvezdy. (Priblizitel'no mozhno schitat', chto otnoshenie vremeni zhizni zvezdy na glavnoi posledovatel'nosti k vremeni zhizni Solnca na glavnoi posledovatel'nosti obratno proporcional'no kubu ee massy, vyrazhennoi v edinicah massy Solnca.) Kak mozhno videt' na etom risunke, massivnye zvezdy evolyucioniruyut ochen' bystro, togda kak zvezdy malyh mass ostayutsya na glavnoi posledovatel'nosti mnogie milliardy let. V chastnosti, prodolzhitel'nost' stadii glavnoi posledovatel'nosti u nashego Solnca - okolo 10 milliardov let, togda kak massivnye zvezdy (s massami 25M¤ i bolee) pokidayut glavnuyu posledovatel'nost' vsego cherez neskol'ko millionov let.
Rezul'taty teorii zvezdnoi evolyucii, pokazannye na poslednih treh risunkah, otnosyatsya k zvezdam, imeyushim priblizitel'no solnechnoe soderzhanie tyazhelyh elementov. U malometallichnyh zvezd imeetsya stadiya tak nazyvaemoi gorizontal'noi vetvi, harakternaya dlya GR-diagramm sharovyh skoplenii. Voprosy, svyazannye s interpretaciei struktury GR-diagramm sharovyh skoplenii, budut rassmotreny v odnoi iz sleduyushih lekcii.
Dlya interpretacii GR-diagramm molodyh zvezd vazhen sleduyushii fakt. Vokrug rozhdayusheisya zvezdy dolgoe vremya sohranyaetsya gazopylevaya obolochka, delayushaya zvezdu nevidimoi v opticheskom diapazone. Takie kokony vokrug molodyh zvezd do stadii glavnoi posledovatel'nosti ischezayut (rasseivayutsya) tol'ko u zvezd s massami menee 3 mass Solnca. Bolee massivnye zvezdy kakoe-to vremya ne vidny v opticheskom diapazone dazhe posle nachala stadii glavnoi posledovatel'nosti. Eshe bolee oslozhnyaet analiz GR-diagramm zvezd, ne doshedshih do glavnoi posledovatel'nosti, sushestvovanie vokrug nih moshnyh protoplanetnyh diskov.
|
