Когда люди научились измерять размеры звезд, оказалось, что эти самые размеры очень разнообразны. В связи с этим появилась потребность как-то классифицировать звезды по размерам. Было это задолго до появления теории эволюции звезд и даже еще до теоремы Герцшпрунга-Рассела, т.е. примерно вторая половина девятнадцатого века.
Так вот, еще в этой седой астрономической древности выяснилось, что для ряда спектральных классов существуют две больших группы звезд этого класса, и в одной группе звезды заметно больше чем в другой. Ничтоже сумняшеся, маленькие звезды назвали "карликами", а большие "гигантами". Так возникла дожившая до наших дней терминология: красные карлики и красные гиганты, оранжевые карлики и оранжевые гиганты, желтые карлики и желтые гиганты... Стоп. Потому что с белыми звездами все оказалось гораздо сложнее: резкой разницы в размерах среди белых звезд не наблюдалось.
Потом Герцшпрунг и Рассел нарисовали свою диаграмму, и оказалось, что красные, оранжевые и желтые карлики находятся на главной последовательности, а именно в правой нижней ее части. Гиганты и сверхгиганты уютно устроились на нескольких горизонтальных последовательностях в правом верхнем углу диаграммы. Конечно, на диаграмме Герцшпрунга-Рассела откладывается светимость, а не размер, но, как мы помним, для звезд одной и той же температуры (цвета) светимость растет с площадью поверхности звезды. На диаграмме легко заметна разница в светимостях (а значит, и в размерах) между карликами и гигантами спектральных классов G, K, M.
А вот с белыми звездами так не получилось. Если вы посмотрите на диаграмму, то увидите, что в области белых и голубых звезд главная последовательность поднимается на один уровень светимостей с последовательностями гигантов и почти достигает уровня светимостей сверхгигантов. Белые и голубые звезды главной последовательности настолько велики и мощны, что назвать их карликами ну никак не получается!
Поэтому белые и голубые звезды главной последовательности так и называются - звезды главной последовательности. Длинный термин, но ничего лучшего не придумали.
Хотя о звездах главной последовательности в совокупности иногда говорят "карлики". Но такое использование термина все-таки неуклюже и некорректно, во-первых из-за больших белых и голубых звезд, а во-вторых потому, что имеются звезды-карлики, которые не находятся на главной последовательности.
С гигантами тоже оказалось не все гладко. В отличие от звезд главной последовательности, они наотрез отказались устраиваться на одной ровной и гладкой линии. Сначала для них пришлось нарисовать две последовательности - гиганты и сверхгиганты; но и этого оказалось мало. Сверхгиганты тоже разделились на две группы, так что пришлось вводить для них две подпоследовательности (Ia и Ib), а между сверхгигантами и обыкновенными гигантами втиснулась ветвь "ярких гигантов" (II). А совсем недавно открыли новый класс звезд, которые превышают по размерам и светимостям сверхгиганты. Для того, чтобы врисовать их последовательность (0) в диаграмму Герцшпрунга-Рассела, пришлось "увеличивать" ее сверху - расширять диапазон светимостей.
Кроме того, при подробном изучении космоса выяснилось, что существуют-таки звезды с промежуточными размерами между карликами и гигантами, хотя и сравнительно немного. Их назвали субгигантами.
Белые звезды главной последовательности не называют карликами - они для этого слишком велики. Но тем не менее, как мы знаем, белые карлики существуют. У них есть своя последовательность на диаграмме Герцшпрунга-Рассела (VII) и совершенно свои, не укладывающиеся в общую классификацию, спектральные классы.
Последовательность белых карликов находится левее и ниже главной последовательности. И протягивается она через диапазон температур, соответствующий нескольким классическим спектральным классам. Т.е. получается, что белые карлики могут быть и желтыми, и оранжевыми, и даже голубоватыми. И все равно они будут белыми карликами, потому что этот термин применяется к классу звезд, который определяется не температурой (она может быть почти любой), а специальным внутренним строением, и прежде всего огромной плотностью (наш знакомый Сириус B имеет диаметр Земли и массу Солнца).
Что до голубых карликов, то это понятие пока гипотетическое, относится к теоретически возможному, но неоткрытому пока типу звезд.
Таблица, которая представляет разновидности звезд с точки зрения размера.
Для простоты в сверхгиганты включены и гипергиганты.
| Карлики | Звезды главной последовательности | Гиганты | Сверхгиганты | |
|---|---|---|---|---|
| Голубые | гипотетические | Регул, Спика | Беллатрикс, Альциона А | Ригель |
| Белые | Сириус B, Процион B, Звезда Ван Маанена | Сириус, Вега, Альтаир | Тубан, Сигма Октанта | Денеб, Полярная звезда, Канопус |
| Желтые | Солнце, Альфа Центавра А | Капелла Aa, Капелла Ab | Ро Кассиопеи | |
| Оранжевые | Альфа Центавра B, Эпсилон Эридана, 61 Лебедя | Арктур, Поллукс, Альдебаран | Омикрон 1 Большого Пса, Сигма Большого Пса, Пси 1 Возничего | |
| Красные | Проксима Центавра, Звезда Барнарда и много-много других | Гамма Южного Креста | Бетельгейзе, Антарес, VY Большого Пса | |
Итак, подведем итоги: для желтых, оранжевых и красных звезд понятия "карлик" и "звезда главной последовательности" совпадают; для белых и голубых звезд они очень и очень различаются.
Я с удовольствием добавлю в эту таблицу ваши любимые звезды. :-)
Чемпионы Вселенной
Конечно, вы хотите узнать, каких размеров бывают звезды и какие звезды во Вселенной самые большие и самые маленькие.
Понятно, что самую большую звезду надо искать среди гипергигантов, но каких? Однозначных зависимостей, связывающих температуру и размер, для гигантов нет, но в общем и целом известно, что звезды разогреваются при сжатии и остывают при расширении. Поэтому, скорее всего, самая большая звезда будет и одной из самых холодных - красным гипергигантом.
Это действительно так. Самая большая известная на сегодня звезда - VY Большого Пса. Этот монстр Вселенной в 2000 раз больше Солнца по диаметру, и посчитайте сами, во сколько раз по объему. По массе она больше Солнца только приблизительно в 20 раз, так что можете себе представить, какая у нее низкая плотность. Светимость у нее благодаря гигантским размерам примерно 300000 солнечных, несмотря на то, что температура поверхности всего 3000 К. Находится она от нас в 5 тысячах световых лет, так что, понятное дело, видна только в телескоп.
Рисунок иллюстрирует, на сколько раз VY Большого Пса больше Солнца.
С обратной стороны... отличников прошу опустить руки, сегодня мы не выходим за пределы главной последовательности, а то потом будет неинтересно. С обратной стороны чемпионку надо искать среди красных карликов, но тут возникают две проблемы. Во-первых, эти красные карлики в большинстве своем похожи друг на друга больше, чем две репродукции одной картины, а во-вторых, эти крохотные тусклые сущности пойди замерь с достаточной точностью! Для примера можно привести один из самых крохотных известных на сегодня красный карликов - Wolf424B (второй компонент системы, обозначенной в каталоге Вольфа как 424, и другого названия у нее нет). Радиус у него 0,14 солнечных, масса - 0.13 солнечных (нижний возможный предел массы для нормальной звезды). Впрочем, первый компонент этой системы, Wolf424A, только чуть-чуть покрупнее своего собрата и тоже входит в число самых маленьких известных звезд.
Тяжелые и легкие
А каково разнообразие звезд по массам?
Существенно меньшее, чем по размерам. Существует верхний предел возможной массы для звезды, связанный с предельно возможной светимостью, которую называют пределом Эддингтона. Сэр Артур Эддингтон доказал, что более тяжелая и яркая звезда не может существовать, потому что не возникнет равновесия гравитации и внутреннего давления, и звезда просто будет очень неустойчивой. Предельная масса звезд получается примерно 150 солнечных масс.
Вселенная неплохо демонстрирует правильность этого заключения: звезд с массой больше 150 не найдено (имеются оценки в районе 175 солнечных масс, но они крайне неточны). Довольно уверенно в числе чемпионок Вселенной по массе называют уже упоминавшуюся чемпионку по светимости Эту Киля.
А нижний предел массы звезды, как уже упоминалось выше - 0.13 солнечных масс. Все, что немного тяжелее этого предела - наши знакомые красные карлики. Если масса звезды меньше 0.13 солнечных масс, гравитация не сможет сжать ее достаточно сильно для того, чтобы ядро разогрелось достаточно для начала термоядерной реакции превращения водорода в гелий. То есть такой объект никогда не сможет выйти на главную последовательность.
О том, что за объекты эти нечты с массой меньше 0.13 солнечных, поговорим в следующий раз.
Среди звезд встречаются гиганты и карлики. Самые большие среди них - красные гиганты, которые, несмотря на свое слабое излучение с квадратного метра поверхности, светят в 50000 раз мощнее Солнца. Самые крупные гиганты в 2400 раз больше Солнца. Внутри у них могла бы разместиться наша Солнечная система вплоть до орбиты Сатурна. Сириус - это одна из белых звезд, он светит в 24 раза мощнее Солнца, он примерно вдвое больше Солнца в диаметре.
Но существует множество звезд карликов. Это в основном красные карлики с диаметром в половину и даже в одну пятую диаметра нашего Солнца. Солнце по своему размеру является средней звездой, таких звезд в нашей галактике миллиарды.
Особое место занимают среди звезд белые карлики. Но о них будет рассказано позже, как о конечной стадии эволюции обычной звезды.
Переменные звезды
Переменные звезды - это звезды, блеск которых изменяется. У одних переменных звезд блеск изменяется периодически, у других наблюдается беспорядочное изменение блеска. Для обозначения переменных звезд используются латинские буквы с указанием созвездия. В пределах одного созвездия переменным звездам присваивается последовательно одна латинская буква, комбинация из двух букв либо буква V с номером. Например, S Car, RT Per, V 557 Sgr.
Переменные звезды делятся на три большие класса: пульсирующие, эруптивные (взрывные) и затменные.
Пульсирующие звезды обладают плавными изменениями блеска. Они обусловлены периодическим изменением радиуса и температуры поверхности. Периоды пульсирующих звезд меняются от долей дня (звезды типа RR Лиры) до десятков (цефеиды) и сотен дней (мириды - звезды типа Мира Кита). Пульсирующих звезд открыто около 14 тысяч.
Второй класс переменных звезд - взрывные, или, как их еще называют, эруптивные звезды. Сюда относятся, во-первых, сверхновые, новые, повторные новые, звезды типа И Близнецов, новоподобные и симбиотические звезды. К эруптивным звездам относятся молодые быстрые переменные звезды, звезды типа ИV Кита и ряд родственных им объектов. Число открытых эруптивных переменных превышает 2000.
Пульсирующие и эруптивные звезды называются физическими переменными звездами, поскольку изменение их видимого блеска вызваны физическими процессами, протекающими на них. При этом изменяется температура, цвет, а иногда и размер звезды.
Рассмотрим подробнее наиболее интересные типы физических переменных звезд. Например, цефеиды. Это весьма распространенный и очень важный тип физических переменных звезд. Им присущи особенности звезды Цефея. Ее блеск непрерывно изменяется. Изменения повторяются через каждые 5 дней и 8 часов. Блеск возрастает быстрее, чем ослабевает после максимума. Цефея - периодическая переменная звезда. Спектральные наблюдения показывают изменения лучевых скоростей и спектрального класса. Меняется также цвет звезды. Значит, в звезде происходят глубокие изменения общего характера, причина которых в пульсации внешних слоев звезды. Цефеиды - нестационарные звезды. Происходит поочередное сжатие и расширение под действием двух противоборствующих сил: силы притяжения к центру звезды и силы газового давления, выталкивающей вещество наружу. Очень важной характеристикой цефеид является период. Для каждой данной звезды он постоянен с большой точностью. Цефеиды - это звезды-гиганты и сверхгиганты с большой светимостью.
Главное, что между светимостью и периодом у цефеид существует зависимость: чем больше период блеска цефеиды, тем больше ее светимость. Таким образом, по известному из наблюдений периоду можно определить светимость или абсолютную звездную величину, а потом и расстояние до цефеиды. Вероятно, многие звезды на протяжении своей жизни некоторое время бывают цефеидами. Поэтому их изучение очень важно для понимания эволюции звезд. К тому же они помогают определить расстояние до других галактик, где они видны благодаря своей большой светимости. Цефеиды также помогают в определении размеров и формы нашей Галактики.
Другой тип правильных переменных - мириды, долгопериодичные переменные звезды, по имени звезды Миры (о Кита). Будучи огромными по своему объему, превышающему объем Солнца в миллионы и десятки миллионов раз, эти красные гиганты спектрального класса М пульсируют очень медленно, с периодами от 80 до 1000 суток. Изменение светимости в визуальных лучах у разных представителей этого типа звезд происходит от 10 до 2500 раз. Однако общая излучаемая энергия меняется лишь в 2-2,5 раза. Радиусы звезд колеблются около средних значений в пределах 5-10%, а кривые блеска похожи на цефеидные.
Как уже было сказано, далеко не у всех физических переменных звезд наблюдаются периодические изменения. Известно множество звезд, которые относятся к полуправильным или неправильным переменным. У таких звезд трудно или вообще невозможно заметить закономерности в изменении блеска.
Рассмотрим теперь третий класс переменных звезд - затменные переменные. Это двойные системы, плоскость орбиты которых параллельна лучу зрения. При движении звезд вокруг общего центра тяжести они поочередно затмевают друг друга, что и вызывает колебания их блеска. Вне затмений до наблюдателя доходит свет от обоих компонентов, а во время затмения свет ослабляется затмевающим компонентом. В тесных системах изменения суммарного блеска могут быть вызваны также искажениями формы звезд. Периоды затменных звезд - от нескольких часов до десятков лет.
Существует три основных типа затменных переменных звезд. Первый - это переменные звезды типа Алголя ( Персея). Компоненты этих звезд имеют шаровидную форму, причем размеры звезды-спутника больше, а светимость меньше главной звезды. Оба компонента либо белого цвета, либо главная звезда белого цвета, а звезда-спутник желтого. Пока затмения нет, блеск звезды практически постоянен. При затмении главной звезды блеск резко уменьшается (главный минимум), а при заходе спутника за главную звезду уменьшение блеска незначительно (вторичный минимум) или совсем не наблюдается. Из анализа кривой блеска можно вычислить радиусы и светимости компонентов.
Второй тип затменных переменных звезд - это звезды типа Лиры. Их блеск непрерывно и плавно изменяется в пределах примерно двух звездных величин. Между главными минимумами обязательно наступает менее глубокий вторичный минимум. Периоды переменности - от полусуток до нескольких суток. Компоненты этих звезд - массивные голубовато-белые и белые гиганты спектральных классов В и А. Из-за значительной массы и относительной близости друг к другу оба компонента подвержены сильному приливному воздействию, в результате чего приобрели эллипсоидальную форму. В таких тесных парах атмосферы звезд проникают друг в друга, и происходит непрерывный обмен веществом, часть которого уходит в межзвездное пространство.
Третий тип затменно двойных звезд - звезды, получившие название звезд типа W Большой Медведицы по имени этой звезды, период переменности (и обращения) которой равен всего лишь 8 часам. Трудно представить себе ту колоссальную скорость, с которой обращаются огромные компоненты этой звезды. Спектральные классы этих звезд F и G.
Существует еще небольшой отдельный класс переменных звезд - магнитные звезды. Кроме большого магнитного поля они имеют сильные неоднородности поверхностных характеристик. Такие неоднородности при вращении звезды приводят к изменению блеска.
Примерно для 20000 звезд класс переменности не определен.
Изучение переменных звезд имеет большое значение. Переменные звезды помогают определить возраст звездных систем, где они находятся, и тип их звездного населения; расстояния до удаленных частей нашей Галактики, а также до других галактик. Современные наблюдения показали, что некоторые переменные двойные звезды являются источником рентгеновского излучения.
С высокой светимостью [до 10 5 -10 6 светимостей Солнца (Lʘ)] и низкой эффективной температурой (3000-5000 К).
Согласно Йеркской спектральной классификации, они относятся соответственно к спектральным классам К и М и классам светимости III и I (или 0 в случае наиболее массивных красных сверхгигантов - так называемых гипергигантов). Радиусы красных гигантов достигают сотен радиусов Солнца (Rʘ), а красных сверхгигантов - тысяч Rʘ. Красные гиганты и сверхгиганты излучают преимущественно в красной и ИК-областях спектра. Характерная особенность спектров красных гигантов и сверхгигантов - присутствие линий излучения металлов, линий Н и К Са II, Са I, молекулярных полос поглощения. К типичным красным гигантам относится Альдебаран (светимость ≈ 160Lʘ, радиус ≈ 25Rʘ), к красным сверхгигантам - Бетельгейзе (≈ 7·10 4 Lʘ, ≈ 700Rʘ).
Звёзды попадают в область диаграммы Герцшпрунга - Рессела, занимаемую красными гигантами и сверхгигантами, в результате расширения их оболочек после выгорания в ядрах звёзд водорода (смотри Эволюция звёзд). Красными гигантами становятся звёзды с массами от ≈ 1 массы Солнца (Мʘ) до ≈ (8-10)Мʘ. В красные сверхгиганты превращаются звёзды с массами от ≈ (8-10)Мʘ до ≈ 40Мʘ. Первоначально красные гиганты и сверхгиганты имеют гелиевые ядра, окружённые слоем, в котором происходит термоядерное горение водорода. Когда температура в центре звезды Т с достигает ≈ 2·10 8 К, начинается горение гелия. Выгорание гелия приводит к образованию углеродно-кислородных ядер (рис.), окружённых двумя неустойчивыми слоями горения - гелиевым и водородным (так называемые гиганты асимптотической ветви). Вещество в ядрах красных гигантов вырождено.
Для красных гигантов и сверхгигантов характерно интенсивное истечение вещества (звёздный ветер), поток которого может достигать 10 -5 -10 -4 Мʘ в год. Звёздный ветер возникает под действием давления излучения, пульсационной неустойчивости, ударных волн в коронах звёзд. Потеря вещества и его охлаждение могут приводить к возникновению огромных газово-пылевых околозвёздных оболочек, полностью поглощающих видимое излучение звёзд.
Такие объекты излучают в ИК-диапазоне спектра (так называемые OH/IR-звёзды).
Горение водорода и гелия в слоевых источниках приводит к увеличению масс ядер звёзд; ядра сжимаются и Т с возрастает. Однако у красных гигантов с исходными массами ≤(8-10)Мʘ потеря вещества приводит к тому, что массы их вырожденных углеродно-кислородных ядер не достигают значения, при котором возможно возгорание углерода, и они превращаются в белые карлики с массами ≤Мʘ, пройдя стадию планетарной туманности. В ядрах более массивных звёзд последовательно выгорают углерод, кислород, неон, магний, кремний, и процесс нуклеосинтеза завершается образованием железных (56 Fe) ядер с массой ≈ (1,5-2)Мʘ, которые коллапсируют с образованием нейтронных звёзд или чёрных дыр. Коллапсирующие красные сверхгиганты проявляются в качестве сверхновых звёзд II типа. Время, которое звёзды проводят на стадии красных гигантов или красных сверхгигантов, составляет около 10% полного времени их жизни.
Среди красных гигантов и сверхгигантов наблюдаются переменные звёзды различных типов: мириды, полуправильные переменные и др. с периодами пульсаций от десятков суток до нескольких лет и вариациями блеска до нескольких звёздных величин. Пульсации могут быть как радиальными, так и нерадиальными. На пульсации могут налагаться распространяющиеся в оболочках звёзд ударные волны.
Звёзды с химическим составом, близким к солнечному, с исходными массами ≥40Мʘ не достигают в ходе эволюции стадии красного сверхгиганта, поскольку уже на стадии горения водорода в ядре теряют большую часть водородной оболочки и перемещаются в область диаграммы Герцшпрунга - Рессела, занимаемую горячими звёздами (с эффективной температурой до 10 5 К). Звезда может также покинуть область красных гигантов или сверхгигантов и переместиться в область более горячих звёзд, если она входит в состав тесной двойной системы и теряет оболочку в результате заполнения полости Роша.
Лит.: Зельдович Я. Б., Блинников С. П., Шакура Н. И. Физические основы строения и эволюции звезд. М., 1981; Засов А. В., Постнов К. А. Общая астрофизика. Фрязино, 2006.
Звезды сверхгиганты – космическая судьба этих колоссальных светил предназначила им в определенное время вспыхнуть сверхновой.
Рождение всех звезд происходит одинаково. Гигантское облако молекулярного водорода начинает сжиматься в шар под влиянием гравитации, пока внутренняя температура не спровоцирует ядерный синтез. На протяжении всего существования светила пребывают в состоянии борьбы с собой, внешний слой давит силой тяжести, а ядро – силой разогретого вещества, стремящегося расширится. В процессе существования водород и гелий постепенно выгорают в центре и обычные светила, имеющие значительную массу, становятся сверхгигантами. Встречаются такие объекты в молодых образованиях, таких как неправильные галактики или рассеянные скопления.
Свойства и параметры
Масса играет решающую роль в формировании звезд – в крупном ядре синтезируется больше количество энергии, которая повышает температуру светила и его активность. Приближаясь к финальному отрезку существования объекты с весом, превышающим солнечный в 10-70 раз, переходят в разряд сверхгигантов. В диаграмме Герцшпрунга-Рассела, характеризующей отношения звездной величины, светимости, температуры и спектрального класса, такие светила расположены сверху, указывая на высокую (от +5 до +12) видимую величину объектов. Их короче, чем у других звезд, потому что своего состояния они достигают в финале эволюционного процесса, когда запасы ядерного топлива на исходе. В раскаленных объектах заканчивается гелий и водород, а горение продолжается за счет кислорода и углерода и далее вплоть до железа.
Классификация звезд сверхгигантов
По Йеркской классификации, отражающей подчинение спектра светимости, сверхгиганты относятся к I классу. Их разделили на две группы:
- Ia – яркие сверхгиганты или гипергиганты;
- Ib – менее яркие сверхгиганты.
По своему спектральному типу в Гарвардской классификации эти звезды занимают промежуток от O до M. Голубые сверхгиганты представлены классам O, B, A, красные – K, M, промежуточные и плохо изученные желтые – F, G.
Красные сверхгиганты
Крупные звезды покидают главную последовательность, когда в их ядре начинается горение углерода и кислорода, – они становятся красными сверхгигантами. Их газовая оболочка вырастает до огромных размеров, распространяясь на миллионы километров. Химические процессы, проходящие с проникновением конвекции из оболочки в ядро, приводят к синтезу тяжелых элементов железного пика, которые после взрыва разлетаются в космосе. Именно красные сверхгиганты обычно заканчивают жизненный путь светила и взрываются сверхновой. Газовая оболочка звезды дает начало новой туманности, а вырожденное ядро превращается в белого карлика. и – крупнейшие объекты из числа умирающих красных светил.
Голубые сверхгиганты
В отличие от красных, доживающих долгую жизнь гигантов, – это молодые и раскаленные звезды, превосходящие своей массой солнечную в 10-50 раз, а радиусом – в 20-25 раз. Их температура впечатляет – она составляет 20-50 тыс. градусов. Поверхность голубых сверхгигантов стремительно уменьшается из-за сжатия, при этом излучение внутренней энергии непрерывно растет и повышает температуру светила. Результатом такого процесса становится превращение красных сверхгигантов в голубые. Астрономы заметили, что звезды в своем развитии проходят различные стадии, на промежуточных этапах они становятся желтыми или белыми. Ярчайшая звезда Ориона – – отличный пример голубого сверхгиганта. Ее внушительная масса в 20 раз превышает Солнце, светимость выше в 130 тыс. раз.
Мириады звёзд на ночном небе с глубочайшей древности привлекали внимание людей. Люди наделяли звезды особыми свойствами, им приписывали влияние на земные дела - например, египтяне верили, что Сириус управляет разливами Нила. Но при этом людям на Земле звёзды казались малыми небесными телами - много, много меньше, чем Луна. Лишь с появлением мощных телескопов люди осознали, что звезды - огромные светила, подобные Солнцу.
Красные сверхгиганты
Однако даже ближайшие звёзды так далеки от нас, что и в самые лучшие современные телескопы они видны только как светящиеся точки. Поэтому лишь в начале XX века учёные нашли способ вычислять действительный диаметр звёзд. Результаты исследований оказались поразительными - звёздное небо оказалось заселённым как карликами, так и гигантами. Так, диаметр звезды Бетельгейзе был измерен в 1920 году и оказался почти в 350 раз больше диаметра Солнца. Поверхность Бетельгейзе примерно в 120 тысяч раз больше его поверхности, а объём в 40 миллионов раз больше объёма нашего светила! Если бы Бетельгейзе оказалась на месте Солнца, она заполнила бы все пространство далеко за пределами орбиты Марса.
Но этот небесный исполин - далеко не самая большая звезда в безбрежных просторах космоса. Долгое время самой большой звездой считалась VY, которая находится в созвездии Большого Пса. Радиус этой звезды - миллиард километров, что в полторы тысячи раз больше радиуса Солнца. Представление о размерах этого колосса дают следующие расчёты: один оборот вокруг звёзды-гипергиганта займёт 1200 лет, и то если лететь со скоростью 800 километров в час. Если уменьшить Землю до 1 сантиметра в поперечнике и так же пропорционально уменьшить VY, то размер последней будет 2,2 километра. Правда, масса этой звезды «всего лишь» в 40 раз больше массы Солнца (это объясняется тем, что плотность звёзд-сверхгигантов очень низкая). Но зато светит VY в 500 тысяч раз сильнее нашего небесного светила.
Звёздная жизнь
Бетельгейзе и VY являются красными сверхгигантами. Как известно, звёзды формируются из космических скоплений водорода. Когда такое облако оказывается достаточно плотным, начинают действовать гравитационные силы, вызывающие сжатие и нагрев газа. По достижении определённого предела в нагретом и сжатом центре облака начинаются термоядерные реакции - это означает, что звезда зажглась. Во вспыхнувшем светиле водород превращается в гелий миллионы и даже миллиарды лет. Если звезда достаточно велика, наступает момент, когда в термоядерные реакции включаются углерод и кислород - звезда становится красным гигантом или сверхгигантом. Газовая оболочка такой звезды вырастает до огромных размеров, распространяясь на миллионы километров. Красные сверхгиганты обычно заканчивают жизненный путь взрывом сверхновой. Ведь существование звезды определяется равновесием между силами гравитации, стремящимися сжать звезду, и давлением излучения, «распирающим» её изнутри. Когда излучение оказывается недостаточным, чтобы компенсировать гравитационное поле звезды, происходит катастрофический коллапс светила. Гравитационное сжатие вызывает «взрыв внутрь» - процесс сопровождается выделением колоссального количества энергии.
Звезда становится сверхновой и на короткое время начинает сиять ярче, чем все звезды галактики, вместе взятые. Потом вспышка сверхновой заканчивается. Газовая оболочка погибшей звезды даёт начало новой туманности, а вырожденное ядро превращается в объект малой величины, но чудовищной плотности (это может быть белый карлик, нейтронная звезда или даже чёрная дыра).
Увы, но сверхгигант Бетельгейзе - близкий, по космическим меркам, сосед Солнечной системы (расположен примерно в полутысяче световых лет) достиг финальной стадии своей эволюции и может взорваться в самом скором времени. И этот катаклизм может быть опасен для Земли. Излучение сверхновой при взрыве направлено неравномерно - максимум излучения определяют магнитные полюса звезды. И если окажется, что один из полюсов Бетельгейзе направлен точно на Землю, то после взрыва сверхновой в нашу планету ударит смертоносный поток рентгеновского излучения…
Огромные и яркие
Но красные сверхгиганты далеко не самые тяжёлые и яркие звёзды. Чемпионами среди известных на сегодня звёзд являются голубые сверхгиганты. В отличие от красных, доживающих долгую жизнь, - это молодые и раскалённые звезды, в миллионы раз превосходящие Солнце своей яркостью и имеющие массу, превосходящую массу Солнца в десятки и сотни раз. Поверхность голубых сверхгигантов стремительно уменьшается из-за сжатия, при этом излучение внутренней энергии непрерывно растёт и повышает температуру светила. К этому классу звёзд относится ярчайшая звезда, достоверно известная учёным. Открытие произошло недавно: в 2010 году, изучая Большое Магелланово Облако, исследователи обнаружили звезду R136а1. Этот гигант в 256 раз больше нашего Солнца по своей массе!
Это значит, R136а1 весит 5×10 32 кг; или 500000000000000000000000000000 тонн! Эти данные стали откровением для учёных, ведь предполагалось, что звёзд, которые превышают массу Солнца больше чем в 150 раз, не существует. При этом R136а1 превосходит Солнце в десять миллионов раз по своей яркости! Звезда находится в Большом Магеллановом Облаке - карликовой галактике, которая вращается вокруг нашего Млечного Пути. Расстояние от Земли до туманности составляет невообразимую величину в 160 тысяч световых лет, поэтому исполинская звезда видна с помощью мощных телескопов. А если бы это удивительное светило находилось на месте одной из ближайших к солнечной системе звёзд, те сияние R136а1 превосходило бы сияние Солнца.
Впрочем, возможно, что R136а1 в скором времени уступит «чемпионский титул» загадочной двойной звезде R144, открытой в середине апреля 2013 года. R144 -это единая система из двух звёзд, вращающихся вокруг друг друга по близким орбитам, с полной массой компонентов около 300 солнечных масс. В недалёком будущем они могут слиться в единый объект, который окажется большей звездой, нежели нынешний рекордсмен (появившийся на свет, скорее всего, таким же образом).
Двойной звездой является и таинственный объект LBV 1806-20, чья яркость предположительно в 12 миллионов раз превосходит яркость Солнца (больше, чем у R136a1). Спрятанное за газом и пылью чудовищное светило класса LBV (яркая голубая переменная) имеет массу 130-190 масс Солнца. Эта сверхзвезда за 2-3 секунды излучает примерно столько же энергии, сколько Солнце за год. То, что LBV1806-20 и R144 - двойные звезды, - не случайно. Как показывают исследования, три четверти голубых сверхгигантов имеют близко расположенную звезду-спутник, а примерно треть из них находятся на пути к слиянию и образованию одной звезды (оставшаяся четверть «одиночных» голубых супергигантов - по-видимому, результат произошедшего в прошлом слияния звёзд). Поэтому такие звезды получили негласное название «звезды-вампиры» (главная из звёзд двойной системы «высасывает» вещество с поверхности своего соседа).
Чудовищно тяжёлые…
Однако хотя голубые сверхгиганты являются самыми яркими из известных науке звёзд, вопрос о самых тяжёлых звёздах остаётся открытым. Есть основания считать, что в космосе существуют «холодные» звезды такой массы, что R136a1 на их фоне окажется карликом. Интерес астрономов вызывает Эпсилон Возничего - звезда настолько холодная, что, несмотря на её чудовищные размеры, её не видно даже в самые мощные телескопы, так как её слабое излучение почти целиком лежит в инфракрасной области. Мы знаем о существовании этого «скрытого» светила только потому, что у него есть яркий спутник, который она периодически затмевает. Исходя из косвенных данных, учёные предположили, что таинственный «затмевающий» объект - это тёмная звезда - инфракрасный гигант с диаметром 4 миллиарда километров. Если эта гипотеза верна, то Эпсилон Возничего, оказавшись на месте Солнца, заполнила бы все пространство Солнечной системы вплоть до орбиты Урана!
Между тем невозможно сказать, каких размеров могут достигать инфракрасные сверхгиганты - ведь звезду настолько холодную, что она излучает почти исключительно в инфракрасной части спектра, очень трудно обнаружить. Несомненно, в глубинах космоса скрываются тёмные звезды гораздо больших размеров, чем Эпсилон Возничего, - и можно лишь гадать, каких максимальных размеров (и какой максимальной массы) они могут достигать.
Какая бы гипотеза ни была верна, несомненно, что в скором времени появятся новые рекордсмены среди звёзд - ведь учёные не устают осваивать пространство и делать все новые открытия. Кто знает, какие светила-левиафаны спрятаны в безбрежном космосе?
