Эволюция звезд

КЛАССИФИКАЦИЯ ГАЛАКТИК

Главным виновником очередной революции в астрономии стал выдающийся американский ученый-астроном Эдвин Хаббл. Вначале 1920-х годов в Маунт-Вилсонсовской обсерватории вступил в строй крупнейший для того времени телескоп с диаметром зеркала 2,5 м. Он позволял делать снимки далеких объектов с высоким разрешением. С этим телескопом стал работать не кто-то иной, а именно Хаббл. По полученным фотографиям он быстро установил, что все размытые пятнышки многочисленных туманностей в действительности представляют собой гигантские космические системы, состоящие из миллиардов звезд. Хаббл же предложил и первую классификацию галактик, выполненную в удобной графической форме - в виде "камертона".

По классификации Хаббла, введенной в 1925 году, Галактики делятся на три больших класса: эллиптические, спиральные и неправильные. В 1936 году Хаббл ввел новый класс галактик -- линзообразные -- промежуточный между эллиптическими и спиральными.

В ручке "камертона" находятся эллиптические Галактики различных форм - от шара до линзы. По развилке располагаются спиральные Галактики - по мере изменения их "орнамента". Спиральные рукава - результат вихреобразного вращения гигантских звёздных систем. Но закономерности их образования те же, что и в обычной гидродинамике. Точно так же образуются, к примеру, циклоны в атмосфере Земли и похоже они выглядят на фотографиях, сделанных со спутников из Космоса. Вихревая концепция Мироздания давно и плодотворно используется в космогонии и восходит к классическим работам Кеплера и Декарта. Впоследствии вихревую модель успешно применили Кант и Лаплас при разработке чрезвычайно популярной в свое время небулярной теории происхождения Солнечной системы. Установлено, что основную массу во Вселенной составляют спиралевидные Галактики: их около 75%, эллиптических - 20%, а имеющих неправильную форму - 5 %.

СПИРАЛЬНЫЕ ГАЛАКТИКИ (S)

Характеризуются структурой в виде плоского тонкого диска, в котором локализована большая часть звезд и можно различить ветви спирали, которые завертывают центральную светящуюся зону, так называемую выпуклость. В зависимости от степени «завернутости» ветви спирали подразделяются на три категории: сильно изогнутые (So), широкие и не доходящие до ядра (Sc) и с промежуточными характеристиками (Sb).Отдельную группу составляют спиральные галактики с перемычкой (SB), характеризующиеся светящимся заграждением из звезд, пересекающим ядро, и похоже, что именно оттуда простираются спирали. Они тоже подразделяются на три категории (SBa, SBb и SBc) в зависимости от того, прямые или разомкнутые у них ветви. В целом галактики с обычными и пересеченными спиралями составляют 61 % от общего количества. Спиральные галактики обычно состоят из молодых звезд звездного населения. Старые звезды населения находятся в области ядра, но в первую очередь в гало, то есть в верхних слоях.

Спиральные галактики являются сплюснутыми звездными системами с центральным почти сферическим ядром, имеют две или более, часто клочковатых спиральных ветвей. В спиральных ветвях галактик сосредоточены их самые яркие и молодые звезды, светящиеся туманности, молодые скопления и ассоциации звезд. Именно поэтому спиральный узор отчетливо виден в очень удаленных галактиках, хотя на долю спиральных ветвей приходится не более нескольких процентов полной массы каждой галактики. Основная масса звезд S-галактик образует "сплошной" диск. В состав галактического ядра входят звезды и газ. В ядре заключена примерно сотая доля всей массы галактики.

У некоторых галактик основное выделение энергии происходит в ядрах. Гигантские спиральные галактики с активными ядрами получили название сейфертовских. Их систематическое исследование начал в 1943 г. К. Сейферт. Он обнаружил в спектрах этих галактик очень широкие эмиссионные линии водорода, гелия, ионизованного железа. интенсивное звездообразование и активность ядер этих эллиптических галактик.

ЛИНЗООБРАЗНЫЕ ГАЛАКТИКИ

У линзообразных галактик такое название потому, что когда на них смотришь сбоку, они похожи на две выпуклые линзы, наложенные друг на друга. У них может быть преграждение (SBO), а может и не быть (SO). Как и у спиралей, у них есть центральная светящаяся выпуклость, слегка сплющенная, и диск меньших размеров, чем у спиральных. Кроме того, у них слабое диффузное гало; спиральная структура отсутствует. В наружных частях линзы иногда видны зачатки спиральных ветвей, перемычки и наружное светлое кольцо. Такой тип галактик составляет 22% от общего количества.

ЭЛЛИПТИЧЕСКИЕ ГАЛАКТИКИ

В эллиптических галактиках (Е) звезды распределены в основном симметрично по сфере, что делает их похожими на шаровые скопления. Эллиптические галактики подразделяются на группы, которым присвоены номера от 0 до 7. В эллиптических галактиках в основном находятся старые звезды звездного населения, самые яркие из них -- красные гиганты, которые окрашивают в этот цвет всю галактику в целом. В этих галактиках межзвездная материя практически отсутствует, и поэтому в них не идет образование новых звезд. У эллиптических галактик масса сильно различается: от менее 1 млн. солнечной массы (карликовые эллиптические галактики) до нескольких тысяч миллиардов (гигантские эллиптические галактики). Эллиптические галактики составляют во Вселенной 13%.

Поверхностная яркость эллиптических галактик плавно уменьшается от центра к периферии по закону, описываемому уравнением эллипса. Внутренней структуры на фотографиях эллиптических галактик не обнаружено, хотя у многих из них есть маленькие звездообразные ядрышки. Только в самых близких галактиках удается выделить отдельные звезды. Поэтому обычно звездный состав галактик определяют из анализа суммарного излучения звезд. Согласно наблюдениям, эллиптические галактики содержат только желтые и красные звезды, в них практически нет газа и нет молодых звезд. Возраст звезд в этих системах не менее 5- 7 млрд лет. Звезды вращаются вокруг центра галактики в разных плоскостях.

Было также установлено, что гигантские эллиптические галактики более богаты металлами, чем карликовые галактики этого типа. Такое различие связано с особенностями процесса звездообразования в массивных и маломассивных галактиках. Некоторые из гигантских эллиптических галактик обладают мощным радиоизлучением, источниками которого являются горячий газ и звезды. Наряду с центральным источником радиоизлучения эти галактики имеют протяженные, размером иногда в сотни кпк области радиоизлучения, часто симметрично расположенные по отношению к оптическому изображению галактики. Интенсивность радиоизлучения достигает 1012 LСолнца.

НЕПРАВИЛЬНЫЕ ГАЛАКТИКИ

Остальные галактики, которые можно наблюдать во Вселенной (около 4%), классифицируются как неправильные (Iг), потому что трудно определить их форму или подобрать шаблон их описания. Их масса очень мала (сотая доля массы Млечного Пути), они обычно являются спутниками более крупных галактик.

К неправильным галактикам относят такие галактики, у которых отсутствует четко выраженное ядро и вращательная симметрия. В действительности распределение звездной массы в них симметричнее, чем распределение видимой яркости, создаваемое звездами высокой светимости и областями ионизованного водорода. Это плоские системы, причем оптические и радионаблюдения указывают на их правильное, хотя и медленное вращение. Некоторые из Iг-галактик напоминают спирали с перемычкой, в которых почему-то не возникли спиральные ветви. Имеются разнообразные пекулярные галактики, каждая из которых имеет уникальную форму; взаимодействующие галактики, между которыми наблюдаются перемычки светлой материи. Первый "Атлас взаимодействующих галактик" был создан в 1959 г. Б. А. Воронцовым-Вельяминовым. Затем во второй половине 60-х годов были опубликованы "Атлас пекулярных галактик" А. Арпа и многотомный каталог эруптивных галактик и их скоплений, созданный группой Ф. Цвикки.

Самыми распространенными галактиками являются эллиптические, линзовидные и спиральные галактики. Небольшая доля галактик относится к неправильным. Доля радиогалактик и галактик Сейферта не превышает одного процента.

Самих же галактических систем в безднах Космоса просто не счесть: чем дальше вглубь - тем все больше новых и новых галактик. Расположены они на значительном отдалении от нашей собственной Галактики - системы Млечного Пути. И главное - являются основными структурными элементами самой Вселенной. Раздвинув границы наблюдаемой Вселенной до 500 миллионов световых лет, Хаббл насчитал в этом участке бесконечного Космоса до 100 миллионов галактик. В настоящее время счет галактик ведется на миллиарды. Число звезд в самых больших из них оценивается до 1012 -1013. Подсчет звезд и галактик в настоящее время производится автоматически с помощью специального оборудования

ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИЕ ГАЛАКТИКИ

При телескопических наблюдениях иногда можно увидеть близко расположенные друг к другу галактики, которые, похоже, гравитационно взаимодействуют между собой. Различие между эллиптическими и спиральными галактиками сегодня объясняется еще и теорией слияния галактик. Согласно этой гипотезе некоторые эллиптические галактики, особенно самые большие, образовались в результате слияния двух и более галактик, которые могли быть даже спирального типа. И действительно, воспроизведение на компьютере такой модели подтверждает, что, когда сливается несколько галактик, результат всегда один -- образование гигантской эллиптической галактики. Реже, как показали некоторые наблюдения, происходит обратный процесс. Материя, экстрагированная эллиптической галактикой с помощью гравитационных сил во время взаимодействия с другой галактикой, образует структуру, похожую на ветви спирали, авленные в сторонобычно напру меньшей галактики.

Такие события, как слишком сильное сближение или проход одной галактики через другую, приводят к тому, что в одной или обеих галактиках возникает приливно-отливная гравитационная волна, похожая на концентрические круги от брошенного в пруд камня. Если волна доходит до зоны, богатой газом, например диска спиральной галактики, внезапно происходит одновременное сильное сжатие газа. Из этого вещества тут же образуется новая звезда, которая горит недолго вместо обычных миллиардов лет. Результатом внезапного взаимодействия поэтому является во многих случаях преждевременное старение галактики, которая израсходовала весь или почти весь запас газа в этом последнем ярком небесном фейерверке

РОЖДЕНИЕ ГАЛАКТИК

Колоссальные водородные сгущения - зародыши сверх галактик и скоплений галактик - медленно вращались. Внутри их образовывались вихри, похожие на водовороты. Их диаметр достигал примерно ста тысяч световых лет. Мы называем эти системы протогалактиками, т.е. зародышами галактик. Несмотря на свои невероятные размеры, вихри протогалактик были всего лишь ничтожной частью сверхгалактик и по размеру не превышали одну тысячную сверхгалактики. Сила гравитации образовывала из этих вихрей системы звезд, которые мы называем галактиками. Некоторые из галактик до сих пор напоминают нам гигантское завихрение.

Астрономические исследования показывают, что скорость вращения завихрения предопределила форму галактики, родившейся из этого вихря. Выражаясь научным языком, скорость осевого вращения определяет тип будущей галактики. Из медленно вращающихся вихрей возникли эллиптические галактики, в то время как из быстро вращающихся родились сплющенные спиральные галактики.

В результате силы тяготения очень медленно вращающийся вихрь сжимался в шар или несколько сплюнутый эллипсоид. Размеры такого правильного гигантского водородного облака были от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч световых лет. Нетрудно определить, какие из водородных атомов вошли в состав рождающейся эллиптической, точнее говоря эллипсоидальной галактики, а какие остались в космическом пространстве вне нее. Если энергия связи сил гравитации атома на периферии превышала его кинетическую энергию, атом становился составной частью галактики. Это условие называется критерием Джинса. С его помощью можно определить, в какой степени зависела масса и величина протогалактики от плотности и температуры водородного газа.

Протогалактика, которая вообще не вращалась, становилась родоначальницей шаровой галактики. Сплющенные эллиптические галактики рождались из медленно вращающихся протогалактик. Из-за недостаточной центробежной силы преобладала сила гравитационная. Протогалактика сжималась и плотность водорода в ней возрастала. Как только плотность достигала определенного уровня, начали выделятся и сжимается сгустки водорода. Рождались протозвезды, которые позже эволюционировали в звезды. Рождение всех звезд в шаровой или слегка приплюснутой галактике происходило почти одновременно. Этот процесс продолжался относительно недолго, примерно сто миллионов лет. Это значит, что в эллиптических галактиках все звезды приблизительно одинакового возраста, т.е. очень старые. В эллиптических галактиках весь водород был исчерпан сразу же в самом начале, примерно в первую сотую существования галактики. На протяжении последующих 99 сотых этого периода звезды уже не могли возникать. Таким образом, в эллиптических галактиках количество межзвездного вещества ничтожно.

Спиральные галактики, в том числе и наша, состоят из очень старой сферической составляющей и из более молодой плоской составляющей, находящейся в спиральных рукавах. Между этими составляющими существует несколько переходных компонентов разного уровня сплюснутости, разного возраста и скорости вращения. Строение спиральных галактик, таким образом, сложнее и разнообразнее, чем строение эллиптических. Спиральные галактики кроме этого вращаются значительно быстрее, чем галактики эллиптические. Не следует забывать, что они образовались из быстро вращающихся вихрей сверхгалактики. Поэтому в создании спиральных галактик участвовали и гравитационная и центробежная силы.

На каждом этапе сплющивания межзвездного газа во все более утончающийся диск рождались звезды. Поэтому в нашей галактике можно найти, как старые, возникшие примерно 10 млрд. лет назад, так и звезды родившиеся недавно в спиральных рукавах, в так называемых ассоциациях и рассеянных скоплениях. Можно сказать, что чем более сплющена система, в которой родились звезды, тем они моложе.

СТРОЕНИЕ ГАЛАКТИКИ

Первое систематическое исследование выполнил во второй половине 18 века английский астроном Вильям Гершель. Он производил в разных областях неба подсчеты звёзд, наблюдаемых в поле зрения его телескопа. Оказалось, что на небе можно наметить большой круг, рассекающий все небо на две части и обладающий тем свойством, что при приближении к нему с любой стороны число звезд, видимых в поле зрения телескопа, неуклонно возрастает и на самом круге становится небольшим. Как раз вдоль этого круга, получившего название галактического экватора, стелется Млечный Путь, опоясывающая небо чуть светящаяся полоса, образованная сиянием слабых дальних звезд. Гершель правильно объяснил обнаруженное им явление тем, что наблюдаемые нами звезды образуют гигантскую звездную систему, которая сплюснута к галактическому экватору.

В 20 годы нашего века выяснилось, что спиралеобразные и некоторые другие туманности являются гигантскими звездными системами, находящимися на огромных расстояниях от нас и сравнимыми по строению и размерам с нашей Галактикой.

Выяснилось, что существует множество других звездных систем- галактик, весьма разнообразных по форме и по составу, причем среди них имеются галактики, очень похожие на нашу.

Форма Галактики напоминает круглый сильно сжатый диск. Как и диск, Галактика имеет плоскость симметрии, разделяющую её на две равные части и ось симметрии, проходящую через центр системы и перпендикулярную к плоскостям симметрии. Но у всякого диска есть точно обрисованная поверхность- граница. У нашей звездной системы такой чётко очерченной границы нет, также как нет чёткой верхней границы у атмосферы Земли. В Галактике звёзды располагаются тем теснее, чем ближе данное место к плоскости симметрии Галактики и чем ближе оно к её плоскости симметрии. Наибольшая звёздная плотность в самом центре Галактики.

Количество звёзд в Галактике огромно. По современным данным оно превосходит сто миллиардов, т.е. примерно в 25 раз превосходит число жителей нашей планеты.

Звёзды- горячие гиганты, излучающие большое количество ультрафиолетовых квантов, ионизируют вокруг себя межзвёздный водород в значительной области. Размер зоны ионизации в очень большой степени зависит от температуры и светимости звезды. Вне зон ионизации почти весь водород находится в нейтральном состоянии.

В пространстве между звездами имеются пылинки. Размеры их очень малы и располагаются они на значительных расстояниях друг от друга; среднее расстояние между пылинками- соседями составляет около ста метров. Поэтому средняя плотность пылевой материи Галактики примерно в 100 раз меньше общей массы газа и в 5000- 10 000 раз меньше общей массы всех звезд. Поэтому динамическая роль пыли в Галактике весьма незначительна. В Галактике пылевая материя сильнее поглощает голубые и синие лучи, чем желтые и красные.

Форма Галактики несколько отличается от диска тем, что в центральной части её имеется утолщение, ядро. Это ядро, хотя в нём сосредоточено большое число звёзд, долгое время не удавалось наблюдать, потому, что около плоскости симметрии Галактики наряду со светящейся материей звёзд имеются огромные темные облака пыли, поглощающие свет летящих за ними звёзд. Между Солнцем и центром Галактики расположено большое количество таких темных пылевых облаков различной формы и толщины, и они закрывают от нас ядро Галактики . Однако разглядеть ядро Галактики все- таки удалось.

В 1947 году американские астрономы Стеббинс и Уитфорд использовали совместно с телескопом фотоэлемент, чувствительный к инфракрасным лучам, и сумели обрисовать контуры ядра Галактики. В 1951 году советские астрономы В.И. Красовский и В.Б.Никонов получили фотографии ядра Галактики в инфракрасных лучах. Центр ядра Галактики- это центр всей нашей звездной системы. Материя в центре Галактики имеет высокую температуру и находится в состоянии бурного движения.

Самые маленькие коллективные члены Галактики - это двойные и кратные звёзды. Так называются группы из двух, трех, четырех и т. д. До десяти звёзд, в которых звёзд удерживаются близко друг к другу благодаря взаимному притяжению согласно закона всемирного тяготения. В двойных и кратных звёздах таких огромных тел- звёзд(солнц) два или несколько. Они притягивают друг друга, удерживают друг друга и, возможно, другие тела меньших масс внутри сравнительного небольшого объёма.

Ещё более крупными коллективными членами Галактики являются шаровые звёздные скопления. Это очень богатые звёздные скопления, насчитывающие сотни тысяч, иногда свыше миллиона звёзд. Шаровые скопления- это плотные системы. Состоящие из большого числа звёзд, поэтому они резко выделяются среди других объектов Галактики. К настоящему времени открыто 132 шаровых скопления, входящих в состав нашей Галактики. Предполагается, что будет открыто ещё некоторое их количество.

Имеется ещё один тип членов Галактики - так называемые звёздные ассоциации. Они были открыты академиком В.А. Амбарцумяном, который обнаружил, что наиболее горячие звёзды- гиганты, расположены на небе как бы отдельными гнёздами. Обычно в таком гнезде два- три десятка звёзд - горячих гигантов спектральных классов. Ассоциация занимает большой объем, размером в несколько десятков или сотен парсек, в который обычно порядком, как и в другие места Галактики, входят в большом количестве звезды- карлики и звёзды средней светимости.

По расположению в Галактике все звёзды и все другие объекты можно разделить на три группы:объекты первой группы сосредоточены в галактической плоскости, т.е. образуют плоские подсистемы. К этим объектам относятся звёзды горячие сверхгиганты и гиганты, пылевая материя, газовые облака и рассеянные звёздные скопления. Характерно, что в состав рассеянных скоплений в основном входят именно те объекты, которые сами по себе тоже образуют плоские подсистемы. Вторую группу образуют объекты, располагающиеся одинаково часто у плоскости симметрии Галактики и на значительном расстоянии от неё. Они образуют сферические подсистемы. В числе таких объектов желтые и красные субкарлики, желтые и красные гиганты, шаровые скопления. Третью группу составляют промежуточные подсистемы. В них объекты сосредоточены к плоскости Галактики, но не так сильно, как у плоских подсистем. Промежуточные подсистемы составляют красные и желтые звёзды-гиганты, желтые и красные звёзды-карлики, а также особые переменные звёзды, называемые звёздами типа Мира Кита, очень сильно и неправильным образом изменяющие свой блеск.

ЭВОЛЮЦИЯ ГАЛАКТИК

Образование галактик рассматривают как естественный этап эволюции Вселенной, происходящий под действием гравитационных сил. По-видимому, около 14 млрд лет назад в первичном веществе началось обособление протоскоплений. В протоскоплениях в ходе разнообразных динамических процессов происходило выделение групп галактик. Многообразие форм галактик связано с разнообразием начальных условий образования галактик.

Сжатие галактики длится около 3 млрд лет. За это время происходит превращение газового облака в звездную систему. Звезды образуются путем гравитационного сжатия облаков газа. Когда в центре сжатого облака достигаются плотности и температуры, достаточные для эффективного протекания термоядерных реакций, рождается звезда. В недрах массивных звезд происходит термоядерный синтез химических элементов тяжелее гелия. Эти элементы попадают в первичную водородно-гелиевую среду при взрывах звезд или при спокойном истечении вещества со звездами. Элементы тяжелее железа образуются при грандиозных взрывах сверхновых звезд. Таким образом, звезды первого поколения обогащают первичный газ химическими элементами, тяжелее гелия. Эти звезды наиболее старые и состоят из водорода, гелия и очень малой примеси тяжелых элементов. В звездах второго поколения примесь тяжелых элементов более заметная, так как они образуются из уже обогащенного тяжелыми элементами первичного газа.

Процесс рождения звезд идет при продолжающемся сжатии галактики, поэтому формирование звезд происходит все ближе к центру системы, и чем ближе к центру, тем больше должно быть в звездах тяжелых элементов. Этот вывод хорошо согласуется с данными о содержании химических элементов в звездах гало нашей Галактики и эллиптических галактик. Во вращающейся галактике звезды будущего гало образуются на более ранней стадии сжатия, когда вращение еще не повлияло на общую форму галактики. Свидетельствами этой эпохи в нашей Галактике являются шаровые звездные скопления.

Когда прекращается сжатие протогалактики, кинетическая энергия образовавшихся звезд диска равна энергии коллективного гравитационного взаимодействия. В это время, создаются условия для образования спиральной структуры, а рождение звезд происходит уже в спиральных ветвях, в которых газ достаточно плотный. Это звезды третьего поколения. К ним относится наше Солнце.

Запасы межзвездного газа постепенно истощаются, рождение звезд становится менее интенсивным. Через несколько миллиардов лет, когда будут исчерпаны все запасы газа, спиральная галактика превратится в линзообразную, состоящую из слабых красных звезд. Эллиптические галактики уже находятся на этой стадии: весь газ в них израсходован 10-15 млрд. лет назад.

Возраст галактик равен примерно возрасту Вселенной. Одним из секретов астрономии остаётся вопрос о том, что из себя представляют ядра галактик. Очень важным открытием явилось то, что некоторые ядра галактик активны. Это открытие было неожиданным. Раньше считалось, что ядро галактики - это не больше чем скопление сотен миллионов звёзд. Оказалось, что и оптическое и радиоизлучение некоторых галактических ядер может меняться за несколько месяцев. Это означает, что в течение короткого времени из ядер освобождается огромное количество энергии, в сотни раз превышающее то, которое освобождается при вспышке сверхновой. Такие ядра получили название «активных», а процессы происходящие в них «активность».

В1963 году были обнаружены объекты нового типа, находящиеся за приделами нашей галактики. Эти объекты имеют звездообразный вид. Со временем выяснили, что их светимость во много десятков раз превосходит светимость галактик! Самое удивительное то, что их яркость меняется. Мощность их излучения в тысячи раз превосходит мощность излучения активных ядер. Эти объекты назвали квазарами. Сейчас считается, что ядра некоторых галактик представляют собой квазары.

ДИАГРАММА ГЕРЦШПРУНГА-РАССЕЛА

Диаграмма Герцшпрунга -- Рассела показывает зависимость между абсолютной звёздной величиной, светимостью, спектральным классом и температурой поверхности звезды. Неожиданным является тот факт, что звёзды на этой диаграмме располагаются не случайно, а образуют хорошо различимые участки. Диаграмма используется для классификации звёзд и соответствует современным представлениям о звёздной эволюции, даёт возможность найти абсолютную величину по спектральному классу. Для поздних классов это осложняется необходимостью сделать выбор между гигантом и карликом. Однако определённые различия в интенсивности некоторых линий позволяют уверенно сделать этот выбор. Около 90 % звёзд находятся на главной последовательности. Их светимость обусловлена ядерными реакциями превращения водорода в гелий. Выделяется также несколько ветвей проэволюционировавших звёзд -- гигантов, в которых происходит горение гелия и более тяжёлых элементов. В левой нижней части диаграммы находятся полностью проэволюционировавшие белые карлики.

КРАСНЫЕ ГИГАНТЫ

Красные гиганты - это звезды, в ядре которых уже закончилось горение водорода. Их ядро состоит из гелия, но так как температура ядерного горения гелия больше, чем температура горения водорода, то гелий не может загореться. Поскольку больше нет выделения энергии в ядре, оно перестает находиться в состоянии гидростатического равновесия и начинает быстро сжиматься и нагреваться под действием сил гравитации. Так как во время сжатия температура ядра поднимается, то оно поджигает водород в окружающем ядро тонком слое.

Энергия, вырабатываемая водородным слоевым источником, выталкивает внешние слои звезды наружу, заставляя их расширяться и остывать. Более холодная звезда становится краснее, однако из-за своего огромного радиуса ее светимость возрастает по сравнению со звездами главной последовательности. Сочетание невысокой температуры и большой светимости, собственно говоря, и характеризует звезду как красного гиганта. На диаграмме ГР звезда движется вправо и вверх и занимает место на ветви красных гигантов. Когда звезда достигает ветви гигантов, поверхностная конвективная зона расширяется вниз, до слоев, где шли ядерные реакции и при глубоком перемешивании вещества поверхностный химический состав изменяется, что подтверждается наблюдениями.

Во время расширения оболочки ядро продолжает сжиматься и его температура растет. Когда температура достигает примерно 100 миллионов градусов Кельвина, а плотность - 104 г/см3, гелиевое ядро загорается и начинает перерабатывать гелий в углерод (тройная гелиевая реакция или тройной альфа-процесс). После этого на диаграмме ГР звезды уйдут с ветви красных гигантов и переместятся на горизонтальную ветвь.

Звезды с 0.5Msun<M*<8Msun доживут до стадии красных гигантов, в то время как звезды с массами меньшими чем 0.5Мsun никогда не дойдут до стадии горения гелия в ядре, так как у них никогда не будет достаточной для этого центральной температуры и плотности. Для звезд с массами меньше 3Мsun загорание гелия происходит взрывообразно (так называемая гелиевая вспышка). Для больших масс процесс загорания гелия происходит спокойно.

БЕЛЫЕ КАРЛИКИ

Белые карлики - конечная стадия звездной эволюции после исчерпания термоядерных источников энергии звезд средней и малой массы. Они представляют собой очень плотные горячие звезды малых размеров из вырожденного газа. Ядерные реакции внутри белого карлика не идут, а свечение происходит за счет медленного остывания. Масса белых карликов не может превышать некоторого значения - это так называемый предел Чандрасекара, равны примерно 1,4 массы Солнца. Солнце в будущем - это белый карлик.

НЕЙТРОННАЯ ЗВЕЗДА

Нейтронная звезда - это конечное состояние эволюции звезд массой более десяти солнечных. Она представляет собой очень экзотический космический объект. Ее радиус - всего 10-20 км, а масса в 1,5-2 раза больше солнечной. Максимально возможная масса нейтронной звезды носит название предела Оппенгеймера-Волкова, который в любом случае не больше трех масс Солнца. Если масса нейтронной звезды превосходит это предельное значение, никакое давление вещества не может противодействовать силам гравитации. Звезда становится неустойчивой и быстро коллапсирует. Так образуется черная дыра.

ЧЁРНАЯ ДЫРА

Черная дыра - космический объект, который образуется при неограниченном гравитационном сжатии (гравитационном коллапсе) массивных космических тел. Существование этих объектов предсказывает общая теория относительности. Сам термин "черная дыра" введен в науку американским физиком Джоном Уилером в 1968 г. для обозначения сколлапсировавшей звезды. Черные дыры образуются в результате коллапса гигантских нейтронных звезд массой более 3 масс Солнца. При сжатии их гравитационное поле уплотняется все сильнее и сильнее. Наконец звезда сжимается до такой степени, что свет уже не может преодолеть ее притяжения. Радиус, до которого должна сжаться звезда, чтобы превратиться в черную дыру, называется гравитационным радиусом. Для массивных звезд он составляет несколько десятков километров. Поскольку черные дыры не светят, то единственный путь судить о них - это наблюдать воздействие их гравитационного поля на другие тела. Имеются косвенные доказательства существования черных дыр более чем в 10 тесных двойных рентгеновских звездах. В пользу этого говорят, во-первых, отсутствие известных проявлений твердой поверхности, характерных для рентгеновского пульсара или рентгеновского барстера, и, во-вторых, большая масса невидимого компонента двойной системы (больше 3 масс Солнца). Один из наиболее вероятных кандидатов в черные дыры - это ярчайший источник рентгеновских лучей в созвездии Лебедя - Лебедь Х-1.