Сегодня мы продолжим говорить о звёздах. В предыдущих статьях мы узнали о том, как рождаются звезды, какие они имеют спектральные классы и классы светимости. А сегодня мы поговорим о самом продолжительном этапе жизни звезды: главной последовательности. А также объясним, что такое диаграмма Герцшпрунга-Рассела (и почему она важна). Как мы уже говорили раньше, рождение звезды (будь то красный карлик или голубой гигант) происходит в тот момент, когда протозвезда сжимается и нагревается до такой степени, что в её ядре начинается синтез гелия из водорода. В предыдущих статьях мы также узнали, что цвет и светимость звезды зависят от её температуры и размера. Когда астрономы прошлого приступили к созданию звёздных каталогов (наблюдая свойства звёзд, подобные приведённым выше), они пытались найти закономерности, связывающие эти свойства. И задавали сами себе и окружающим гражданам такие вопросы: могут ли существовать очень маленькие и при этом очень горячие звезды? Могут ли где-то в космосе «обитать» синие карлики? А жёлтые гиганты? Являются ли некоторые комбинации более вероятными, чем другие?

Диаграмма Герцшпрунга - Рассела

В итоге два учёных создали очень похожие диаграммы в начале 20-го века. Одним из них был датчанин Эйнар Герцшпрунг. В 1911 году этот человек создал диаграмму, которая связала светимость известных звёзд с их спектральным классом. Двумя годами позже и независимо от Герцшпрунга американец Генри Норрис Рассел создал очень похожую диаграмму, связывающую абсолютную звёздную величину и цвет звёзд (который, как известно, является функцией температуры звезды и, следовательно, цвета её поверхности). Поскольку обе диаграммы оказались практически одинаковы, было принято решение назвать их «диаграмма Герцшпрунга-Рассела».

Если мы возьмём все известные занесённые в каталог звезды, и нанесём их на диаграмму Герцшпрунга-Рассела (т.е. посмотрим, как соотносятся их цвет и светимость), получится очень чёткая и легко различимая картина. Взгляните на эту красивую диаграмму, на которой каждая звезда представлена ​​своим цветом. По оси абсцисс температура (цвет), по оси ординат яркость. Посмотрите на схему пару минут, прежде чем читать дальше:


Вы наверняка сразу же заметите то же самое, что увидели астрономы при построении этой диаграммы, нанеся на неё (условно, конечно) известные звёзды. Оказалось, что практически все они сосредоточены в паре областей диаграммы. И большинство звёзд находится в размытой полосе, которая идёт по диагонали слева направо и сверху вниз.

Есть на диаграмме звезды и в других областях. Но их гораздо меньше. И о них мы поговорим чуть позже.

Та диагональная полоса, в которой находится большинство звёзд, и есть так называемая «главная последовательность». Когда протозвезда «включается», то есть начинает синтезировать гелий, она входит в точку на главной последовательности, соответствующей её массе. Пока звезда «сжигает» водород она становится немного больше, и соответственно, горячее. Поэтому она постепенно «перемещается» на «край» главной последовательности. И когда водород в ядре звезды истощается, начинают происходить странные вещи. И звезда покидает главную последовательность.

Что же это означает? Получается, что почти все звёзды находятся на этой самой главной последовательности? Поскольку звезды, которые мы видим, представляют собой более или менее случайные выборки из набора, в котором есть молодые, старые и не очень звёзды тот факт, что они всё ещё существуют, может означать только одно – звезды, проводят большую часть своей жизни на главной последовательности, «сжигая» водород.

Как это работает

Итак. Молодая звезда начинает синтезировать гелий. И попадает на главную последовательность в точке, соответствующей её массе. Там она остаётся очень долго. Почти всю свою жизнь в качестве звезды. При этом почти не двигаясь по диаграмме, «сжигая» водород и сияя соответствующими цветом (спектральный класс) и яркостью (класс светимости).

Пример. Наше Солнце, как мы узнали в одной из прошлых статей, звезда G2 V. Если Вы посмотрите на диаграмму (G по абсциссе и яркость 1 по ординате), это жёлтая звезда главной последовательности. Она будет существовать еще несколько миллиардов лет. Наша звезда уже не очень молода, но она ещё и не стара. И в её ядре еще есть много водорода, который нужно сжечь.

Значит ли это, что за миллиарды лет пребывания звезды на главной последовательности абсолютно ничего не меняется? Нет. Со временем водород превращается в гелий. И это важно по очень простой причине: гелий примерно в четыре раза плотнее водорода. Поэтому ядро звезды сжимается, нагревается, и водород начинает гореть интенсивнее. Именно по этой причине сегодня Солнце потребляет водород на 40% быстрее, чем пару миллиардов лет назад.

Конечно, если звезда маленькая и холодная (находится в правом нижнем углу последовательности), она потребляет водород очень медленно и может оставаться там…, да никто даже не знает, как долго. Первые маленькие звезды, сформировавшиеся после рождения Вселенной, всё еще существуют. И, вероятно, будут существовать еще очень долго после того, как наше Солнце станет белым карликом. Но большие горячие звезды (вверху слева на последовательности) достигают такой температуры и давления в своём ядре, что потребляют водород с головокружительной скоростью. И в течение нескольких миллионов достигают такого состояния, что их ядро ​​полностью состоит из гелия.

К тому моменту, когда звезда израсходует почти весь водород в ядре, можно сказать, что большая часть её существования уже позади. Остаток её жизни, независимо от того окажется ли он катастрофическим или спокойным, будет непродолжительным.

Интересно, что при этом почти всё самое интересное в жизни звезды ещё впереди. Поскольку после того, как звезда покидает последовательность, в зависимости от её массы с ней могут происходить самые разные вещи. Тогда как во время её пребывания на главной последовательности почти все звёзды ведут себя в основном одинаково (за исключением того, что одни живут долго, а другие нет).

Главная последовательность – не для всех!

Но к какому типу относятся те звезды, которые находятся на диаграмме выше главной последовательности? Некоторые изолированные точки представляют собой просто редкие случаи. Астрономы видят такое гигантское количество звёзд с такими разнообразными условиями их образования и эволюции, что некоторые из них чисто статистически могут иметь характеристики, выходящие за рамки обычного.

Но на диаграмме есть ещё и две относительно большие группы звёзд, которые бросаются в глаза: это крупное «пятно», идущее вправо и вверх от главной последовательности, и почти горизонтальная полоса белых звёзд к низу слева от неё.

Первая группа – это звезды, сошедшие с главной последовательности и синтезирующие различные элементы уже не из водорода, а из гелия. И дальше по таблице Менделеева. Это «умирающие» звезды. Наше Солнце однажды пройдёт именно по этому пути. Вторая группа – это белые карлики, представляют собой «трупы» звёзд, уже прошедших этот путь.

Вот так примерно работает диаграмма главной последовательности.Источник: "Живой космос"