Эволюция звезд наглядно


Фил Харрингтон

Каждый учебный семестр я веду различные астрономические курсы в Саффолкском общественном колледже на Лонг-Айленде. Часто во время преподавания «Астрономии звезд и галактик» студенты приходят ко мне до начала занятий и спрашивают: «Так о чем, собственно, этот курс?». Мой ответ всегда один и тот же: «Об Орионе»!

 

sky_jan_2016.jpg.3049ed6d217c82036bb3757

Выше: зимняя карта звездного неба из книги Star Watch Фила Харрингтона. 

 

tuba.jpg.24f784044c1dedb2e8881947c042704

Выше: поисковая карта «Вселенной в бинокль» этого месяца. Взята из атласа TUBA (Touring the Universe through Binoculars Atlas) . Карта в pdf для печати ori_map.pdf

 

Одной из ключевых задач для студентов этого курса является понимание эволюции звезд. Я не вижу лучшего способа проиллюстрировать этот процесс от начала до конца, чем изучение Ориона. Вся эта тема может уместиться в одном единственном созвездии. В нем есть яркие звезды и тусклые звезды, горячие звезды и холодные звезды, молодые звезды и старые звезды. Орион — это «сокровищница чудес, это выдающееся созвездие охватывает практически всё разнообразие интересных явлений, которые встречаются в небе», по словам Гаррета Сёвисса (Garrett Serviss) из его классического произведения 1888 года «Астрономия с театральным биноклем» (по ссылке вы найдете и скачаете полный текст из Библиотеки Конгресса США).

 

Если вы хотите увидеть рождение звезд в действии, обратите внимание на среднюю звезду в Мече Ориона. Эта «звезда» по сути не является одиночным солнцем, это скорее светящееся облако, известное как туманность Ориона, М42, одна из самых оживленных родильных палат в небе. На первый взгляд она может выглядеть тусклым и бесформенным пятном, но если стабилизировать изображение, закрепив бинокль на жесткой опоре, проявится множество тонких деталей. Общие очертания всегда напоминают мне сложенную чашкой руку, которая как будто загребла две звезды, Тету1 и Тету2 Ориона.

 

Тета1 в действительности представляет собой семью из четырех молодых солнц, образующих трапецоид, и называется Трапеция. Попробуйте различить все четыре звезды в бинокль, это занятное испытание. Но имейте в виду, ключевыми здесь являются увеличение и апертура. Звезды трапеции обозначаются буквами A, B, C и D в порядке их расположения. Главная звезда системы, самая яркая из этой группы с блеском 5,1 и известная как тета-1C, отмечает южный угол трапецоида. Западная звезда (тета-1A) и северная звезда (тета-1B) известны как затменные двойные, в которых меньшая звезда-компаньон проходит то впереди, то позади более крупной звезды. Из-за этих затмений обе звезды немного меняют яркость, хотя обычно имеют блеск 6,7 и 7,9 соответственно. Тета-1D также имеет звездную величину 6,7.

 

Кроме того, ищите темное сигарообразное облако, называемое Рыбий Рот, которое выделяется на ярком фоне облаков к северу от Теты-2 и к востоку от Теты-1. Есть еще и небольшой «выступ», торчащий у северного края туманности Ориона. Это часть того же комплекса, однако Шарль Мессье внес ее в каталог отдельно, как М43.

 

M42 является лишь верхушкой огромного туманного «айсберга», известного как молекулярное облако Ориона и поглощающего почти всё созвездие. Облако находится примерно в 1500–1600 световых годах от нас и простирается на сотни световых лет. Помимо M42 и M43 в молекулярное облако Ориона также входят:

IC 434

Barnard 33  (туманность Конская Голова)

Петля Барнарда

M78

NGC 2024 (туманность Пламя)

Sh2-264 (молекулярное кольцо лямбды Ориона)

Orion OB1, звездная ассоциация, которую можно разделить на 4 части:

Orion OB1a (группа звезд к северо-западу от звезд Пояса Ориона, в том числе 25 Ориона)

Orion OB1b (также известная как Collinder 70, обсуждается ниже)

Orion OB1c (звезды в Мече Ориона)

Orion OB1d (самые молодые звезды в M42 и M43)

 

На своем пути это облако, несущееся с северо-запада на юго-восток, оставляет позади гнезда новообразованных звезд. Сейчас гребень волны находится неподалеку от Меча, но севернее тучи расходятся, открывая процветающее рассеянное звездное скопление, известное как Collinder 70. Все три звезды Пояса Ориона, наряду с еще сотней или около того более тусклых солнц, принадлежат этому скоплению. Скопление Пояса не считалось таковым, пока исследования, проведенные шведским астрономом Пером Коллиндером (1890-1974), не показали, что все звёзды движутся сквозь нашу галактику в одном и том же направлении.

 

Большинство звезд в скоплении Пояса Ориона светят ярче 9-й звездной величины, что делает их доступными в условиях пригородного неба для 50-мм биноклей. Направляя на них взгляд, принимайте во внимание, что этим звездам, вероятно, менее 10 миллионов лет. Они очень молоды по сравнению с нашим Солнцем в возрасте 4,5 млрд лет, но намного старше звезд в туманности Ориона, которым не больше 300 000 лет.

 

В целом Collinder 70 по форме напоминает мяч для игры в американский футбол, в котором три звезды Пояса Ориона расположены по длине. Есть также характерная S-образная цепочка из 11 тусклых звезд, тянущихся от Минтаки, западной звезды Пояса, до Альнилам в его центре. 

 

Минтака представляет собой широкую двойную звезду, которую, несмотря на ее большое разделение, непросто разрешить в бинокль. Причина в том, что яркий компонент — заметная невооруженным глазом звезда — сияет с блеском 2,2, при этом звездная величина его компаньона лишь 6,8, т.е. он почти в 70 раз тусклее. Так что, несмотря на разделение в 53 угловых секунды, из-за ослепляющего блеска разрешить пару сложно. В качестве подсказки, ищите компаньона к северу от основного компонента. Обе звезды выглядят чисто белыми.

 

Минтака, Альнилам и многие другие звезды в Collinder 70 относятся либо к спектральному классу О, либо к классу В. Астрономы используют спектральные классы (или спектральные типы, если угодно) для сортировки звезд по температуре, размеру и светимости. Светимость показывает, насколько яркой является звезда в действительности, а ее температура отражает температуру видимой поверхности. Зная два эти параметра, астрономы могут сортировать звезды согласно спектральной классификации. Звезды распределяются от наиболее горячих к наиболее холодным с использованием букв алфавита: O, B, A, F, G, K и М.

 

Каждый класс далее делится на 10 подклассов, пронумерованных от 0 до 9. Чем меньше число, тем горячее звезда в этой конкретной группе. Например, наше Солнце классифицируется как звезда G2. Все звезды класса G имеют общие спектральные характеристики, но звезда G1 всё же чуть горячее нашего Солнца, а G3 (G4 и т.д., вплоть до G9) будут холоднее.

 

В таблице ниже показан спектральный класс и видимый блеск для самых ярких звезд  Ориона.

 

Звезда Спектральный класс Зв. величина
Бетельгейзе (Betelgeuse, Alpha) M2 0.45
Саиф (Saiph, Kappa) B0 2.07
Беллатрикс (Bellatrix, Gamma) B2 1.64
Ригель (Rigel, Beta) B8 0.18
Альнитак (Alnitak, Zeta) O9 1.82
Альнилам (Alnilam, Epsilon) B0 1.69
Минтака (Mintaka, Delta) O9 2.41

 

Еще в начале 1900-х датский астроном Эйнар Герцшпрунг и американский астрофизик Генри Рассел независимо начали рассматривать эти характеристики для множества звезд по всему небу. В частности, они сравнили температуру звезд с их светимостью. Оба астронома нанесли звездные данные на график. По вертикальной оси (ординат) они отложили светимость, а по горизонтальной (оси Х) нанесли спектральные классы звезд. Сегодня этот график известен как диаграмма Герцшпрунга — Рассела, или просто диаграмма Г—Р.

Hertzsprung-Russell_Diagram.jpg

Первоначально они, вероятно, рассчитывали найти зависимость между температурой звезд и их светимостью, но в действительности взаимосвязь очень различна. Более 90% всех звезд лежат вдоль кривой, которая простирается от верхнего левого угла диаграммы к нижнему правому углу. Эта широкая полоса называется главной последовательностью. Относительно небольшое число звезд находятся в двух других углах диаграммы. Те, что попали в правый верхний угол (т.е. Звезды с высокой светимостью, но красного цвета, и потому довольно холодные) называются красными гигантами или красными сверхгигантами. В противоположном углу находятся белые карлики, звезды чрезвычайно горячие, но из-за небольшого размера имеющие невысокую светимость.

 

Давайте направимся по следам звездообразования на север, в направлении крошечной треугольной головы Охотника. Верхушка треугольника, Меисса (лямбда Ориона), относится к классу О8 гигантских голубых звезд, которую можно найти в верхнем левом углу диаграммы Г—Р. Температура поверхности оценивается в 35000 К, что делает ее одной из самых горячих звезд Ориона, заметных невооруженным глазом. Меисса, а также несколько десятков тусклых солнц в пределах 1° принадлежит к звездному скоплению Collinder 69. Большинство биноклей демонстрирует от 15 до 20 звезд различной яркости, от 5-й до 9-й звездной величины. Согласно данным исследований Collinder 69, скорее всего, не старше 5 миллионов лет.

 

Третье скопление из каталога Коллиндера, Collinder 65, настолько велико, что некоторые из его звезд пересекают границу с соседним Тельцом. Добавив несколько не принадлежащих скоплению звезд восточнее и севернее, я представляю этот кластер как копье, которое Орион нацелил на Быка. «Копье Ориона» занимает около 8° от кончика до кончика, что делает его идеальным для 7- и 8-кратного бинокля.

 

До сих пор мы рассматривали рождение и юность звезд. А что насчет другого конца шкалы? Пришло время обратить внимание на сверкающую Бетельгейзе спектрального класса М2. Многие из звезд Ориона совсем молодые, успешно синтезирующие гелий из водорода в своих ядрах, однако Бетельгейзе, которая тоже расположена здесь, с этим покончила. Источник водорода в ее ядре давным-давно исчерпан, в результате чего звезда раздулась в огромный красный сверхгигант. Сегодня, когда в ядре Бетельгейзе подвергаются слиянию тяжелые элементы, она располагается в правом верхнем углу диаграммы Г—Р , выше главной последовательности. В конечном итоге этот процесс закончится и Бетельгейзе подвергнется взрыву сверхновой II типа. А пока наслаждайтесь ее блестящим рубиново-красным цветом, который свидетельствует о поверхностной температуре порядка 3500 кельвинов.

 

Сравните ее с Ригелем, голубым сверхгигантом типа B8. Ригель исчерпал всё водородное топливо в своем ядре и был вынужден покинуть главную последовательность. Температура поверхности Ригеля оценивается в невероятные 12000 кельвинов, что ставит его на верхушку диаграммы Герцшпрунга — Рассела. Ригель будет становиться всё больше и ярче, медленно продвигаясь к правому верхнему углу. В конце концов он также взорвется как сверхновая II типа.

 

Всё это есть в Орионе. Ваше домашнее задание — просмотреть эти объекты следующей ясной ночью. При наблюдении этих целей задумайтесь, что происходит за кулисами в каждой из них. И всегда помните, что два глаза лучше, чем один. На этом всё, класс может быть свободен.


PhillАвтор Phil Harrington
Адаптированный перевод с английского RealSky.ru

Публикуется с разрешения автора.

Сайт автора www.philharrington.net
Оригинал статьи на www.CloudyNights.com


1 пользователю понравилось это

Рекомендуем:

Потеют окуляры?
map2Грелки на окуляры R-Sky - лучшее решение проблемы запотевания и замерзания окуляров. Узнать подробнее...
Астрономический Капюшон
map2Новинка! Астрономический Капюшон для наблюдений - взгляни по новому на старых знакомых!
Узнать подробнее...


Отзывы пользователей


Нет комментариев для отображения



Создайте аккаунт или войдите для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!


Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.


Войти сейчас