Красные карлики
Nov. 6th, 2017 02:41 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
atandakil_gunzeСамым распространенным типом звезд во Вселенной, намного превосходящим другие звезды по численности, являются, как известно, красные карлики - звезды спектрального класса М массой от 0,075 до примерно 0,47 солнечных. В телах меньшей массы интенсивность термоядерной реакции оказывается недостаточной для того, чтобы восполнить температурные потери, и поэтому они классифицируются как коричневые карлики, звездами не являющиеся.
Этот класс звезд является на первый взгляд очень скучным. Они живут долго - самые массивные теоретически должны прожить несколько десятков миллиардов лет, самые легкие - несколько десятков триллионов) и безмятежно. При этом, что интересно, никаких наблюдательных данных о поздних этапах их эволюции нет - возраст Вселенной по всем данным составляет примерно 13,75 - 13,8 миллиарда лет, что намного меньше теоретического времени жизни даже самого массивного красного карлика. Практика в данном случае полностью соответствует теории - ни одного красного карлика вне главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Расселла (то есть, на позднем этапе эволюции) еще никто не видел.
Интересно то, что, хотя красные карлики должны жить очень долго, и ни один из образовавшихся во Вселенной красных карликов еще не погиб, астрономия ни разу не наблюдала красные карлики, которые являлись бы первичными звездами, относившимися к самому первому поколению звезд, образовавшихся во Вселенной. Опознать их было бы легко - и из всех теоретических расчетов, и из данных наблюдений следует, что в Темные века (от момента появления реликтового излучения спустя 380 тысяч лет после образования Вселенной до формирования первых звезд и галактик и начала эры реионизации спустя 150 миллионов лет после Большого Взрыва) все вещество Вселенной состояло лишь из водорода и гелия, без металлов. Поэтому звезды первого поколения должны иметь нулевую металличность - а красных карликов нулевой или близкой к нулевой металличности никто не наблюдал.
Причина этому известна, и я про нее рассказывал https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/5020.html: водород и гелий плохо ионизируются, в результате чего при сжатии водородно-гелиевого газового облака отвод тепла от него затруднен и такое облако фрагментирует только на крупные фрагменты массой в десятки и сотни солнечных масс. Поэтому звезды первого поколения были очень большими и прожили недолго, взорвавшись сверхновыми через несколько миллионов лет после своего образования и обогатив пространство металлами. А уж потом начали появляться звезды второго поколения, теплоотвод коллапсировавших облаков газа стал более эффективным, облака могли фрагментировать на более мелкие части - и начали появляться небольшие звезды второго поколения, в том числе, и красные карлики.
Красные карлики интересны тем, что они никогда не станут гигантами. Звезды с возрастом по мере накопления гелия в центре начинают увеличиваться в размерах, потому что ядерные реакции начинают протекать в более высоких слоях звезды, и температура в их центре повышается. У более крупных звезд, таких, например, как Солнце, температура в центре рано или поздно повышается до того, что гелий в центре звезды начинает вступать в термоядерную реакцию, что приводит к быстрому росту светимости и размера звезды (стадия красного гиганта звезд средней массы). А вот для красных карликов такое исключено - расчеты (напомню, наблюдения станут возможными лишь через много миллиардов лет!) показывают, что их масса недостаточна для протекания гелиевой реакции в любых условиях, поэтому они с возрастом немного подрастут в размерах - и все... дальше водород закончится, термоядерная реакция прекратится, наружные слои звезды улетучатся в пространство и от красного карлика останется только маломассивный (и, соответственно, большой по диаметру) белый карлик.
Интересно то, что у красных карликов почти весь объем звезды вовлечен в конвективное движение (я об этом рассказывал), в результате чего водород звезды в термоядерных реакциях будет использован почти полностью, сброс оболочки будет минимальным и от звезды будет оставаться белый карлик почти из чистого гелия. Такие объекты получили название, в записи выглядящее чудесно: He-белые карлики...
Красные карлики очень различны по своим свойствам. Крупный красный карлик класса М0V имеет массу более 0,4 солнечной, радиус почти две трети солнечного, светимость 7,5% светимости Солнца и температуру поверхности 3850 градусов Кальвина. А минимальные красные карлики класса М9.5V имеют массу 0,075 солнечной, радиус 10%, солнечного, а то и меньше (самые маленькие превосходят по диаметру Юпитер всего лишь на 30%), светимость - несколько тысячных долей процента солнечной (окажись такая звезда на месте Солнца, она бы освещала наше небо не лучше Луны в полнолуние) и температуру поверхности около 1800 градусов Кельвина.
Безмятежность красных карликов - относительна. Большая часть красных карликов малых масс (10-15% солнечной) являются вспыхивающими звездами (звезды типа UV Кита, https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/6508.html) - на них регулярно происходят вспышки, аналогичные солнечным, но превосходящие их по мощности более, чем на порядок (подчас - на два-три), особенно, когда звезда относительно молода, в результате чего звезда за несколько секунд может увеличивать яркость во много раз (в полтора-два, иногда в пять-десять, а бывает, что и в десятки. Например, давшая имя этому типу UV Кита, она же Лейтен 726-8B, в 1952 году ухитрилась повысить яркость за двадцать секунд в 75 раз). Потом в течение нескольких минут или десятков минут звезда медленно возвращается к нормальной светимости, чтобы через несколько часов или дней вспыхнуть еще раз.
Только более массивные красные карлики ведут себя солидно, и вспышки на них составляют лишь несколько процентов от их нормальной светимости.
Забавно, но большинство планет, сгоряча объявленных некоторыми энтузиастами землеподобными и потенциально пригодными для жизни, находится около вспыхивающих звезд, так что их пригодность для жизни хотя бы, по этой причине, мягко говоря, сомнительна.
Впрочем, пригодность таких планет для жизни сомнительна еще и потому, что для того, чтобы иметь инсоляцию, близкую к земной, они должны быть расположены очень близко к звезде - а это приводит к тому, что из-за приливного торможения они окажутся постоянно обращенными к звезде одной стороной. В результате не только одна сторона будет постоянно нагретой, а другая - вечно холодной, но еще и из-за медленного вращения у них, скорее всего, будет практически отсутствовать защищающее атмосферу магнитное поле.
Этот класс звезд является на первый взгляд очень скучным. Они живут долго - самые массивные теоретически должны прожить несколько десятков миллиардов лет, самые легкие - несколько десятков триллионов) и безмятежно. При этом, что интересно, никаких наблюдательных данных о поздних этапах их эволюции нет - возраст Вселенной по всем данным составляет примерно 13,75 - 13,8 миллиарда лет, что намного меньше теоретического времени жизни даже самого массивного красного карлика. Практика в данном случае полностью соответствует теории - ни одного красного карлика вне главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Расселла (то есть, на позднем этапе эволюции) еще никто не видел.
Интересно то, что, хотя красные карлики должны жить очень долго, и ни один из образовавшихся во Вселенной красных карликов еще не погиб, астрономия ни разу не наблюдала красные карлики, которые являлись бы первичными звездами, относившимися к самому первому поколению звезд, образовавшихся во Вселенной. Опознать их было бы легко - и из всех теоретических расчетов, и из данных наблюдений следует, что в Темные века (от момента появления реликтового излучения спустя 380 тысяч лет после образования Вселенной до формирования первых звезд и галактик и начала эры реионизации спустя 150 миллионов лет после Большого Взрыва) все вещество Вселенной состояло лишь из водорода и гелия, без металлов. Поэтому звезды первого поколения должны иметь нулевую металличность - а красных карликов нулевой или близкой к нулевой металличности никто не наблюдал.
Причина этому известна, и я про нее рассказывал https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/5020.html: водород и гелий плохо ионизируются, в результате чего при сжатии водородно-гелиевого газового облака отвод тепла от него затруднен и такое облако фрагментирует только на крупные фрагменты массой в десятки и сотни солнечных масс. Поэтому звезды первого поколения были очень большими и прожили недолго, взорвавшись сверхновыми через несколько миллионов лет после своего образования и обогатив пространство металлами. А уж потом начали появляться звезды второго поколения, теплоотвод коллапсировавших облаков газа стал более эффективным, облака могли фрагментировать на более мелкие части - и начали появляться небольшие звезды второго поколения, в том числе, и красные карлики.
Красные карлики интересны тем, что они никогда не станут гигантами. Звезды с возрастом по мере накопления гелия в центре начинают увеличиваться в размерах, потому что ядерные реакции начинают протекать в более высоких слоях звезды, и температура в их центре повышается. У более крупных звезд, таких, например, как Солнце, температура в центре рано или поздно повышается до того, что гелий в центре звезды начинает вступать в термоядерную реакцию, что приводит к быстрому росту светимости и размера звезды (стадия красного гиганта звезд средней массы). А вот для красных карликов такое исключено - расчеты (напомню, наблюдения станут возможными лишь через много миллиардов лет!) показывают, что их масса недостаточна для протекания гелиевой реакции в любых условиях, поэтому они с возрастом немного подрастут в размерах - и все... дальше водород закончится, термоядерная реакция прекратится, наружные слои звезды улетучатся в пространство и от красного карлика останется только маломассивный (и, соответственно, большой по диаметру) белый карлик.
Интересно то, что у красных карликов почти весь объем звезды вовлечен в конвективное движение (я об этом рассказывал), в результате чего водород звезды в термоядерных реакциях будет использован почти полностью, сброс оболочки будет минимальным и от звезды будет оставаться белый карлик почти из чистого гелия. Такие объекты получили название, в записи выглядящее чудесно: He-белые карлики...
Красные карлики очень различны по своим свойствам. Крупный красный карлик класса М0V имеет массу более 0,4 солнечной, радиус почти две трети солнечного, светимость 7,5% светимости Солнца и температуру поверхности 3850 градусов Кальвина. А минимальные красные карлики класса М9.5V имеют массу 0,075 солнечной, радиус 10%, солнечного, а то и меньше (самые маленькие превосходят по диаметру Юпитер всего лишь на 30%), светимость - несколько тысячных долей процента солнечной (окажись такая звезда на месте Солнца, она бы освещала наше небо не лучше Луны в полнолуние) и температуру поверхности около 1800 градусов Кельвина.
Безмятежность красных карликов - относительна. Большая часть красных карликов малых масс (10-15% солнечной) являются вспыхивающими звездами (звезды типа UV Кита, https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/6508.html) - на них регулярно происходят вспышки, аналогичные солнечным, но превосходящие их по мощности более, чем на порядок (подчас - на два-три), особенно, когда звезда относительно молода, в результате чего звезда за несколько секунд может увеличивать яркость во много раз (в полтора-два, иногда в пять-десять, а бывает, что и в десятки. Например, давшая имя этому типу UV Кита, она же Лейтен 726-8B, в 1952 году ухитрилась повысить яркость за двадцать секунд в 75 раз). Потом в течение нескольких минут или десятков минут звезда медленно возвращается к нормальной светимости, чтобы через несколько часов или дней вспыхнуть еще раз.
Только более массивные красные карлики ведут себя солидно, и вспышки на них составляют лишь несколько процентов от их нормальной светимости.
Забавно, но большинство планет, сгоряча объявленных некоторыми энтузиастами землеподобными и потенциально пригодными для жизни, находится около вспыхивающих звезд, так что их пригодность для жизни хотя бы, по этой причине, мягко говоря, сомнительна.
Впрочем, пригодность таких планет для жизни сомнительна еще и потому, что для того, чтобы иметь инсоляцию, близкую к земной, они должны быть расположены очень близко к звезде - а это приводит к тому, что из-за приливного торможения они окажутся постоянно обращенными к звезде одной стороной. В результате не только одна сторона будет постоянно нагретой, а другая - вечно холодной, но еще и из-за медленного вращения у них, скорее всего, будет практически отсутствовать защищающее атмосферу магнитное поле.
