Все звезды в основе своей похожи на наше Солнце: это огромные шары очень горячего светящегося газа, в самой глубине которых вырабатывается ядерная энергия. Но не все звезды в точности такие, как Солнце. Самое явное различие - это цвет. Есть звезды красноватые или голубоватые, а не желтые.
Кроме того, звезды различаются и по яркости, и по блеску. Насколько яркой выглядит звезда в небе, зависит не только от ее истинной светимости, но также и от расстояния, отделяющего ее от нас. Солнце, которое во многих отношениях является типичной звездой, обладает гораздо большей светимостью, чем большинство других звезд. Невооруженным глазом можно увидеть очень небольшое количество слабых по своей природе звезд и еще меньше тех, что обладают очень большой светимостью.
Почему же звезды так сильно различаются по своей яркости? Оказывается, тут не зависит от массы звезды.
Количество вещества, содержащееся в конкретной звезде, определяет ее цвет и блеск, а также то, как блеск меняется во времени.
Гиганты
Самые массивные звезды одновременно и самые горячие, и самые яркие. Выглядят они белыми или голубоватыми. Несмотря на свои огромные размеры, эти звезды производят такое колоссальное количество энергии, что все их запасы ядерного топлива перегорают за какие-нибудь несколько миллионов лет.
В противоположность им звезды, обладающие небольшой массой, всегда неярки, а цвет их - красноватый. Они могут существовать в течение долгих миллиардов лет.
Однако среди очень ярких звезд в нашем небе есть красные и оранжевые. К ним относятся и Альдебаран - глаз быка в созвездии Телец, и Антарес в Скорпионе. Как же могут эти холодные звезды со слабо светящимися поверхностями соперничать с раскаленными добела звездами типа Сириуса и Веги?
Ответ состоит в том, что эти звезды очень сильно расширились и теперь по размеру намного превосходят нормальные красные звезды. Звезда гигант имеет сравнительно низкую температуру поверхности, около 5000 градусов. Огромный радиус, достигающий 800 солнечных радиусов и за счет таких больших размеров огромную светимость. Максимум излучения приходится на красную и инфракрасную область спектра, потому их и называют красными гигантами, или даже сверхгигантами.
Напротив, размер нормальной красной звезды, как правило, не превосходит одной десятой размера Солнца. По контрасту с гигантами их называют “карликами”. Гигантами и карликами звезды бывают на разных стадиях своей жизни, и гигант может, в конце концов, превратиться в карлика, достигнув “пожилого возраста”.
Белый карлик:
Когда звезда полностью исчерпает водородное топливо в своём ядре, она испытает нехватку массы, чтобы в термоядерных реакциях перерабатывать более тяжёлые элементы, и войдёт в фазу белого карлика. Давление света наружу от термоядерных реакций прекратится, и звезда коллапсирует (сожмётся) под действием собственной гравитации. Белые карлики - необычные, очень маленькие плотные звезды с высокими поверхностными температурами. Главная отличительная черта внутреннего строения белых карликов - гигантские по сравнению с нормальными звездами плотности. Из-за громадной плотности газ в недрах белых карликов находится в необычном состоянии - вырожденном. Свойства такого вырожденного газа совсем не похожи на свойства обычных газов. Его давление, например, практически не завит от температуры. Устойчивость белого карлика поддерживается тем, что сжимающей его громадной силе тяготения противостоит давление вырожденного газа в его недрах.
Белые карлики находятся на конечной стадии эволюции звезд не очень больших масс. Ядерных источников в звезде уже нет, и она еще очень долго светит, медленно остывая. Белые карлики устойчивы, если их масса не превышает примерно 1,4 массы Солнца.
Белый карлик светит только потому, что когда-то он был горячей звездой, но так как термоядерных реакций в нём больше не происходит, он остывает до фоновой температуры Вселенной. Этот процесс займёт сотни миллиардов лет, так что белые карлики фактически ещё не сильно остыли.
Красный карлик:
Красные карлики - это один самых распространённых типов звёзд во Вселенной. Это звёзды главной последовательности, но они имеют так мало массы, что гораздо холоднее, чем наше Солнце. Но их особенность в другом. Красные карлики умеют сохранять водородное топливо, перемешивая его в своём ядре, и поэтому они могут экономить своё топливо гораздо больше других звёзд. Астрономы считают, что некоторые из красных карликов могут сжигать топливо до 10 триллионов лет. Самые маленькие красные карлики имеют примерно 0,075 солнечных масс, и их масса может достигать половины массы Солнца.
Коричневый карлик:
Коричневого карлика ещё называют субзвездой. Во время своего жизненного цикла некоторые протозвёзды никогда не достигают критической массы, чтобы начать ядерные процессы. Если масса протозвезды составляет лишь 1/10 массы Солнца, её сияние будет недолгим, после чего она быстро гаснет. То, что остаётся и есть коричневый карлик. Это массивный газовый шар, слишком большой, чтобы быть планетой, и слишком, маленький, чтобы стать звездой. Он меньше Солнца, но в несколько раз больше Юпитера. Коричневые карлики не излучают ни света, ни тепла. Это лишь тёмный сгусток материи, существующий на просторах Вселенной.
Вспыхивающие звезды:
Магнитные явления на Солнце являются причиной солнечных пятен и солнечных вспышек, но они не могут существенно повлиять на яркость Солнца. Для некоторых звезд - красных карликов - это не так: на них подобные вспышки достигают громадных масштабов, и в результате световое излучение может возрастать на целую звездную величину, а то и больше. Ближайшая к Солнцу звезда, Проксима Кентавра, является одной из таких вспыхивающих звезд. Эти световые выбросы нельзя предсказать заранее, а продолжаются они всего несколько минут.
Нейтронные звёзды:
Если масса звезды примерно 1,35 - 2,1 солнечных масс, то она не превратится в белого карлика, когда погибнет. Вместо этого, звезда погибнет в катастрофическом событии, называемом вспышкой сверхновой, а оставшееся ядро станет нейтронной звездой, очень маленьким (диаметр в среднем не больше нескольких десятков километров) сверхплотным небесным телом. Как предполагает её название, нейтронная звезда - это экзотический тип звёзд, которые полностью состоят из нейтронов. Это происходит из-за сильной гравитации, когда звезда сжимается настолько сильно, что все протоны и электроны сдавливаются вместе и образуют нейтроны. Процесс коллапса занимает доли секунды. Если звёзды ещё массивнее, то они превращаются после вспышки сверхновой в чёрные дыры.
Сверхновые звезды:
Сверхновые звезды - самые яркие звезды из тех, которые появляются на небе в результате звездных вспышек. Вспышка сверхновой - катастрофическое событие в жизни звезды, так как она уже не может вернуться в исходное состояние. В максимуме блеска она светит, как несколько миллиардов звезд, подобных Солнцу. Полная энергия, выделяемая при вспышке, сопоставима с энергией, излученной Солнцем за время своего существования (5 млрд. лет). Энергия расходится на ускорение вещества: оно разлетается во все стороны с огромными скоростями (до 20000 км/с). Остатки вспышек сверхновых звезд наблюдаются сейчас в виде расширяющихся туманностей с необычными свойствами (Крабовидная туманность). Их энергия равна энергии вспышки сверхновой. После вспышки на месте сверхновой остается нейтронная звезда или пульсар.
До сих пор окончательно не ясен механизм вспышек сверхновых. Скорее всего такая звездная катастрофа возможна только в конце “жизненного пути” звезды. Наиболее вероятны следующие источники энергии: гравитационная энергия, выделяющаяся при катастрофическом сжатии звезды. Вспышки сверхновых имеют важные последствия для Галактики. Вещество звезды, разлетающееся после вспышки, несет энергию, которая питает энергию движения межзвездного газа. Это вещество содержит новые химические соединения. В определенном смысле все живое на Земле обязано своим существованием сверхновым звездам. Без них химический состав вещества галактик был бы весьма скудным.
Сверхгиганты:
Самые большие звёзды во Вселенной - это сверхгиганты. Это монстры с массой в десятки раз больше массы Солнца. В отличие от относительно стабильной звезды Солнца, сверхгиганты потребляют своё водородное топливо с невероятной скоростью, и всё их топливо полностью израсходуется за несколько миллионов лет. Сверхгиганты живут быстро и умирают молодыми, взрываясь в сверхновых; полностью уничтожая себя в процессе.
Как видите, звёзды имеют много размеров, цветов и видов. Знание того, чем это объясняется, и как выглядят разные этапы жизни звезды, важно, когда дело доходит до понимания нашей Вселенной. Это также помогает, когда речь заходит о наших непрерывных усилиях по изучению местного звёздного соседства, не говоря уже об охоте за внеземной жизнью!