Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Червоний гігант



План:


Введення

Червоні гіганти і надгіганти - зірки пізніх [1] спектральних класів з високою світністю і протяжними оболонками.


1. Спостережувані характеристики червоних гігантів

До червоних гігантів відносять зірки спектральних класів K і M класів світності III та I відповідно, тобто з абсолютними зоряними величинами 0 ^ m \ ge M_V \ ge -3 ^ m у червоних гігантів і M V <- 3 m у червоних надгігантів. Температура випромінюючої поверхні ( фотосфери) червоних гігантів порівняно невелика ( T_ {ph} \ approx 3000 - 5000K ) І, відповідно, потік енергії з одиниці площі випромінюючої невеликий - в 2-10 разів менше, ніж у Сонця. Однак, світність таких зірок може досягати 10 травня - 10 6 L S o l , Так як червоні гіганти і надгіганти мають дуже великі радіуси. Характерні радіуси червоних гігантів і надгігантів - від 100 до 800 сонячних радіусів.

Спектри червоних гігантів характеризуються наявністю молекулярних смуг поглинання, максимум випромінювання припадає на червону і інфрачервону області спектра.


2. Походження і будова червоних гігантів

2.1. "Молоді" і "старі" червоні гіганти

Зірки в процесі своєї еволюції можуть досягати пізніх спектральних класів і високих светимостей на двох етапах свого розвитку: на стадії зореутворення і пізніх стадіях еволюції. Стадія, на якій молоді зірки спостерігаються як червоні гіганти, залежить від їх маси - цей етап триває від ~ 10 3 років для масивних зірок з масами {\ Mathfrak M} \ approx 10 {\ mathfrak M} _ {Sol} і до ~ 10 8 років для маломасивні зірок з {\ Mathfrak M} \ approx 0,5 {\ mathfrak M} _ {Sol} . У цей час зірка випромінює за рахунок гравітаційної енергії, що виділяється при стискуванні. У міру стиснення температура поверхні таких зірок зростає, але, внаслідок зменшення розмірів і площі випромінюючої поверхні, падає світність. Зрештою, в їх ядрах починається реакція термоядерного синтезу гелію з водню, і молода зірка виходить на головну послідовність.

На пізніх стадіях еволюції зірок, після вигоряння водню в їх надрах, зірки сходять з головної послідовності і переміщаються в область червоних гігантів і надгігантів діаграми Герцшпрунга - Рассела : цей етап триває ~ 10% від часу "активної" життя зірок, тобто етапів їх еволюції, в ході яких у зоряних надрах йдуть реакції нуклеосинтезу. Зірки головної послідовності з масами {\ Mathfrak M} \ le 10 {\ mathfrak M} _ {Sol} перетворюються спочатку в червоні гіганти, а потім - в червоні надгіганти; зірки з {\ Mathfrak M}> 10 {\ mathfrak M} _ {Sol} - Безпосередньо в червоні надгіганти. Перед тим, як перейти в стадію червоного гіганта, зірка проходить проміжну стадію - стадію субгіганти. Субгіганти - це зірка, в ядрі якої вже припинилися термоядерні реакції за участю водню, але горіння гелію ще не почалося, тому що ядро недостатньо розігріто.

У сучасній астрофізиці термін червоні гіганти відноситься, як правило, до таких проеволюціоніровавшім зіркам, що зійшов з головної послідовності; молоді зірки, не вийшли на головну послідовність, узагальнено називають протозірка або по конкретному типу, наприклад, зірки типу T Тельця.


2.2. Будова червоних гігантів, нестійкості в їх оболонках і втрата ними маси

Протопланетарного туманність HD 44179: асиметричний викид газопилової матерії червоним гігантом.

І "молоді", і "старі" червоні гіганти мають схожі спостережувані характеристики, що пояснюються схожістю їх внутрішньої будови - всі вони мають гаряче щільне ядро ​​і дуже розріджену і протяжну оболонку ( англ. envelope ). Наявність протяжної і щодо холодної оболонки призводить до інтенсивного зоряному вітрі : втрати маси при такому закінчення речовини досягають 10 ^ {-6} -10 ^ {-5} {\ mathfrak M} _ {Sol} на рік. Інтенсивному зоряного вітру сприяє кілька факторів:

  • Висока світність червоних гігантів у поєднанні з величезною протяжністю їх атмосфер (радіуси в 10 лютого - 10 3 R S o l ) Призводить до того, що на кордонах їх фотосфери тиск випромінювання на газову і пилову компоненти їх оболонок стає порівнянним з силами тяжіння, що викликає винос речовини.
  • Іонізація областей оболонок, що лежать нижче фотосфери, робить їх істотно непрозорими для електромагнітного випромінювання, що призводить до конвекційному механізму переносу енергії. Аналогічну природу має сонячна активність, у разі ж червоних гігантів потужність конвективних потоків повинна значно перевершувати сонячну.
  • У протяжних зоряних оболонках можуть розвиватися нестійкості, що приводять до сильних коливальним процесам, що супроводжується зміною теплового режиму зірки. На Рис. 2 чітко помітні хвилі щільності викинутої зіркою матерії, які можуть бути наслідками таких коливань. Періодичні коливання оболонок у багатьох випадках набувають помітний з величезних відстаней масштаб: багато "старі" червоні гіганти є пульсаційним змінними (див. нижче), змінними є також і деякі "молоді червоні гіганти" типу T Тельця.

Конвективні механізми можуть призводити до виносу в атмосферу зірки продуктів нуклеосинтезу з внутрішніх ядерних джерел, що є причиною спостережуваних аномалій хімічного складу червоних гігантів, зокрема, підвищеного вмісту вуглецю.


3. Ядерні джерела енергії та їх зв'язок з будовою червоних гігантів

В процесі еволюції зірок головної послідовності відбувається "вигоряння" водню - нуклеосинтез з утворенням гелію (див. Протон-протонний цикл, цикл Бете). Таке вигоряння призводить до припинення енерговиділення в центральних частинах зірки, стиснення і, відповідно, до підвищення температури і щільності в її ядрі. Ріст температури й щільності в зоряному ядрі веде до умов, в яких активується нове джерело термоядерної енергії: вигоряння гелію (потрійна гелієва реакція або потрійний альфа-процес), характерний для червоних гігантів і надгігантів.

При температурах порядку 10 8 К кінетична енергія ядер гелію стає досить високою для подолання кулонівського бар'єру: два ядра гелію (альфа-частинки) можуть зливатися з утворенням нестабільного ізотопу берилію Be 8:

He 4 + He 4 = Be 8

Велика частина Be 8 знову розпадається на дві альфа-частинки, але при зіткненні Be 8 з високоенергетичної альфа-часткою може утворитися стабільне ядро вуглецю C 12:

Be 8 + He 4 = C 12 + 7,3 МеВ.

Незважаючи на досить низьку рівноважну концентрацію Be 8 (наприклад, при температурі ~ 10 8 К відношення концентрацій Be 8 / He 4 ~ 10 -10), швидкість потрійний гелієвої реакції виявляється достатньою для досягнення нового гідростатичної рівноваги в гарячому ядрі зірки. Залежність енерговиділення від температури в потрійний гелієвої реакції надзвичайно висока: так, для діапазону температур \! T ~ 1-2 10 8 К енерговиділення ε :

\ Varepsilon _ {3 \ alpha} = 10 ^ 8 \ rho ^ 2 Y ^ 3 * \ left ({{T \ over {10 ^ 8}}} \ right) ^ {30}

де \! Y - Парціальна концентрація гелію в ядрі (в даному випадку "вигорання" водню близька до одиниці).

Початок потрійний гелієвої реакції в вироджених ядрах маломасивні (маса до ~ 2,25 сонячних) червоних гігантів має вибухоподібний характер, що призводить до різкого, але дуже короткочасного (~ 10 4 -10 5 років) зростання їх світності - гелієвої спалаху.

Слід, однак, відзначити, що потрійна гелієва реакція характеризується значно меншим енерговиділенням, ніж цикл Бете : у перерахунку на одиницю маси енерговиділення при "горінні" гелію більш ніж в 10 разів нижче, ніж при "горінні" водню. У міру вигоряння гелію і вичерпання джерела енергії в ядрі можливі й більш складні реакції нуклеосинтезу, проте, по-перше, для таких реакцій потрібні все більш високі температури і, по-друге, енерговиділення на одиницю маси в таких реакціях падає в міру зростання масових чисел ядер, що вступають в реакцію.

Додатковим фактором, очевидно, що впливає на еволюцію ядер червоних гігантів, є поєднання високої температурної чутливості потрійний гелієвої реакції (див. Рис. 3) і реакцій синтезу більш важких ядер, з механізмом нейтринного охолодження : при високих температурах і тиску можливо розсіяння фотонів на електронах з утворенням нейтрино -антинейтрино пар, які вільно забирають енергію з ядра: зірка для них прозора. Швидкість такого об'ємного нейтринного охолодження, на відміну від класичного поверхневого фотонного охолодження, не лімітована процесами передачі енергії з надр зірки до її фотосфері. У результаті реакції нуклеосинтезу в ядрі зірки досягається нова рівновага, що характеризується однаковою температурою ядра: утворюється ізотермічне ядро (Рис. 1).


4. Завершальні стадії еволюції червоних гігантів

Шляхи еволюції червоних гігантів в залежності від їх маси
Маса Ядерні реакції Процеси в ході еволюції Залишок
0,5-2,5 Водневий шарової джерело Утворюється вироджені гелиевое ядро, оболонка розсіюється He - білий карлик з масою до 0,5 сонячних
2,5-8 Подвійний шарової джерело
  1. Утворюється вироджені З Про -ядро з масою до 1,2 сонячних, на стадії асимптотичної гілки гігантів відбувається скидання оболонки з утворенням планетарної туманності, що спостерігається ~ 10 4 років
  2. У деяких випадках вуглецева детонація ядра, що спостерігається як спалах наднової типу I
  1. З Про - білий карлик масою 0,6-0,7 сонячних, Планетарна туманність
  2. Зірка повністю розсіюється при спалаху
8-12 Подвійний шарової джерело, потім "загоряння" вуглецю в надрах "Горіння" вуглецю зупиняється через виродження O - Ne - Mg ядра, оболонка розсіюється O - Ne - Mg - білий карлик з масою, близькою до межі Чандрасекара
12-30 Виродження в ядрі не наступає і нуклеосинтез йде аж до утворення елементів залізного піку (Fe, Co, Ni) Ядро з масою 1,5-2 сонячних колапсує в нейтронну зірку, колапс спостерігається як спалах наднової типу II (при наявності протяжної водневої оболонки) або Ib / с ( колапс ядра зірки Вольфа - Райе), скинута оболонка протягом ~ 10 4 років спостерігається як залишок наднової Нейтронна зірка
> 30 Процеси неясні Процеси неясні Чорна діра з масою до 10 сонячних?

5. Червоні гіганти - змінні зірки

  • Радіально пульсуючі довгоперіодичні змінні типу Світи - Омікрон Кіта (Long Period Variables M, Omicron Ceti-type) - гіганти спектрального класу М з періодом від 80 до більш 1000 днів і варіаціями блиску від 2.5 m до 11 m, в спектрах присутні емісійні лінії.
  • SR - напівправильні пульсуючі змінні гіганти спектрального класу М (типу Z UMa) з періодом від 20 днів до декількох років і варіаціями блиску ~ 3 m,
  • SRc - напівправильні пульсуючі змінні надгіганти спектрального класу М (типу μ Cep).
  • Lb - неправильні повільні пульсуючі змінні гіганти спектрального класу K, M, C, S (типу CO Cyg)
  • Lc - неправильні повільні пульсуючі змінні надгіганти спектрального класу M (типу TZ Cas) з варіаціями блиску ~ 1 m

Література

Примітки

  1. Часто вживане вираз. Не має прямого відношення до віку, а визначає лише місце в ряду спектральних класів.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Водний гігант
Яскравий гігант
Блакитний гігант
Зірка-гігант
Крижаний гігант
Червоний
Червоний міст
Червоний терор
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru