Мир астрономии. Рассказы о Вселенной, звездах и галактиках

И белый и черный карлик полностью оправдывает свое название: это действительно карликовые звезды. Мы помним, что спутник одной из ярчайших звезд, Сириуса, — белый карлик. Диаметр его всего-навсего 4200 километров, меньше, чем диаметр Земли. Называется он Сириус В. А пример эволюции Солнца, который мы сейчас (в сильно упрощенном виде) рассмотрели, приводит нас к более общей проблеме — проблеме эволюции звезд вообще.

Эволюция звезд

Мы уже рассмотрели достаточно подробно протозвездный этап эволюции. После фрагментации часть облака сжимается в протозвезду, и, когда включаются протон-протонные реакции (или C – N – О-цикл), протозвезда становится звездой, поскольку именно тогда гравитация и газовое давление в точности уравновешивают друг друга. Звезда «прописывается» на главной последовательности, но «место прописки» зависит от массы звезды. Звезды большой массы располагаются вверху диаграммы Герцшпрунга — Рессела, маломассивные звезды — в ее нижней части.

По сравнению с временем протозвездной стадии период пребывания на главной последовательности велик. Звезды медленно меняют свои характеристики, находясь на главной последовательности, но все таки меняют. Запасы ядерного горючего в них ограниченны. Кроме того, наблюдаются смены тепловых режимов. Так что изменения со звездами происходят. Наша задача — посмотреть, как они идут у звезд различной массы.

Перетекание вещества в двойной системе с образованием аккреционного диска.

Оценки показывают, что у звезды с массой в одну четвертую часть массы Солнца водород будет гореть в протон-протонном цикле около 70 миллиардов лет. Это означает, что даже самые старые из звезд малой массы за время существования Вселенной не успели выжечь свой водород и уйти с главной последовательности. Поэтому многие астрофизики считают вопрос об эволюции таких звезд малоинтересным и тривиальным.

Действительно, все изменения в звезде сводятся к тому, что немного увеличивается ее яркость, слегка уменьшается температура (за счет изменения радиуса). Вот, собственно говоря, и все. Структура звезды очень долгое время остается без изменений. Более того, в звездах с массой меньше 0,08 М термоядерные реакции вообще не зажигаются, так как температура в их недрах оказывается недостаточной для этого. Такие звезды сразу переходят в состояние вырожденных красных карликов.

Теперь о жизненном пути более массивных звезд. Возьмем, к примеру, звезду с массой, равной пяти солнечным. Как мы уже знаем, такие звезды всегда имеют конвективное ядро. В нем водород сгорает достаточно быстро — всего за 64 миллиона лет. После сгорания водорода, по мере затухания протон-протонного цикла звезда начинает сжиматься. Эта стадия занимает еще меньше времени — около двух миллионов лет.

Но по мере сжатия звезды увеличивается как температура ядра, так и температура прилегающих к нему областей. В ядре водород уже выгорел, оно состоит из гелия, а в околоядерном районе водорода вполне достаточно. И вот по прошествии двух миллионов лет загорается в термоядерных реакциях водород в тонком слое около ядра. Теперь внутренняя часть звезды имеет гелиевое изотермическое ядро, окруженное слоевым источником термоядерных реакций.

Пока это немного напоминает структуру центральных частей красного гиганта, внутри которого также находится изотермическое ядро. По мере горения водорода в околоядерной области сходство звезды с красным гигантом становится все больше и больше. Оценки показывают, что сжатие звезды должно смениться расширением, и внешние слои звезды становятся конвективными. Звезда переходит в стадию красного гиганта.

Весь этот процесс, начиная с момента возгорания водорода в околоядерной области и кончая стадией красного гиганта, занимает немногим более двух с половиной миллионов лет. Мы видим, что массивная звезда ведет очень бурную, богатую событиями жизнь. За ничтожный по космологическим масштабам срок (менее 70 миллионов лет) она успевает полностью изменить свой облик. Но это еще не все.

Фаза красного гиганта — финишная прямая для более легких звезд. Мы разбирали уже пример с Солнцем. Наша более массивная звезда будет продолжать свою жизнь дальше. Расчеты показывают, что после фазы красного гиганта снова начинается сжатие. Температура в центре звезды повышается, и когда она достигнет ста миллионов градусов, включается тройной α-процесс — синтез углерода из гелия. Мы видим в этот момент (еще через 6 миллионов лет) на небе яркую горячую звезду.

Далее история повторяется. Гелий выгорает в ядре, образуя углеродную центральную часть с гелиевой околоядерной областью — слоевым источником термоядерных реакций. Потом звезда снова расширяется, переходя в стадию сверхгиганта. Этот процесс занимает около десяти миллионов лет.