КУРС ЗАГАЛЬНОЇ АСТРОНОМІЇ - С. М. АНДРІЄВСЬКИЙ 2007

Частина VI

ФІЗИКА ЗІР І ТУМАННОСТЕЙ

Розділ 14

НОРМАЛЬНІ ЗОРІ

14.4. Діаграма «спектральний клас — світність».

Класи світності

До початку XX ст. було визначено відстані приблизно до 300 зір і тим самим обчислено їхні світності. Стало можливим проведення статистичного аналізу цих результатів, що й здійснили у 1905—1913 рр. Ейнар Герцшпрунг (Данія) і Генрі Рессел (США). Вони зіставили світності зір з їхніми спектральними класами на діаграмі, яку згодом названо діаграмою Герцшпрунга-Рессела. На цій діаграмі по осі абсцис відкладені спектральні класи зір (іноді ефективні температури або відповідні їм показники кольору B — V), по осі ординат — світності зір L або абсолютні зоряні величини М. Тому таку діаграму ще називають діаграмою спектральний клас —світність (а також ще колір — зоряна величина, якщо на ній відкладено положення зір для конкретного зоряного скупчення, відстані до яких практично однакові, і тому m — M = const).

Якби між світностями зір та їхніми спектральними класами не було ніякої залежності, то зорі заповнювали б поле діаграми рівномірно. Насправді ж вони утворюють на ній декілька угрупувань — послідовностей.

Як приклад розглянемо діаграму спектральний клас — світність, зображену на рис. 14.4. Близько 90% зір зосереджені уздовж вузької смуги, яка перетинає поле діаграми від лівого верхнього кута до правого нижнього. Ця смуга називається головною послідовністю. Положення Сонця на ній відмічено хрестиком. Всі зорі, які мають температури і світності, що відповідають положенню на головній послідовності, називаються нормальними карликами класу світності V (клас світності вказують після спектрального класу зорі). Наприклад, наше Сонце — зоря класу G2V.

Серед нормальних карликів є як дуже гарячі зорі (наприклад, спектрального класу O, B), так і досить холодні (класи K, M). Зорі головної послідовності більш гарячі, ніж Сонце, мають радіуси, які перевищують радіус Сонця. Радіуси зір головної послідовності, холодніших за Сонце, менші, ніж сонячний.

Вище головної послідовності розташована гілка гігантів (клас світності III). Між нею та головною послідовністю знаходяться зорі-субгіганти (клас світності IV). Дещо більшу, ніж у гігантів, світність мають яскраві гіганти (клас світності II). І, нарешті, зорі найбільшої світності — надгіганти розташовані у верхній частині діаграми. Надгіганти мають клас світності I. Менш яскраві з них позначаються Ib, більш яскраві — Ia, а надгіганти з найпотужнішим випромінюванням (гіпергіганти) — Ia-0.

image7

Рис. 14.4. Діаграма спектральний клас — світність

Підрахунок показує, що у тій частині Галактики, де розташоване наше Сонце, на 1000 зір головної послідовності припадає один гігант, а на 1000 гігантів — один надгігант.

Дещо нижче головної послідовності знаходиться послідовність субкарликів, а істотно нижче головної послідовності, в зоні низької світності, — білі карлики. Слід зауважити, що більшість спостережуваних білих карликів мають температури поверхонь вищі за 9000 К, що обумовлює їхній білий колір (треба зазначити, що безпосередньо після утворення білий карлик є значно гарячішим).

Положення зір різних класів світності на діаграмі спектральний клас — світність схематично зображене на наведеному вище рис. 14.4, а відповідні значення радіусів — на рис. 14.5.

image8

Рис. 14.5. Типові значення радіусів зір різних спектральних класів і

класів світності

Для зір головної послідовності існує можливість визначити певні співвідношення між їхніми масою і світністю, радіусом та ефективною температурою. Виражені у відповідних одиницях Сонця, вони мають вигляд:

image9

image10

image11

Для гігантів і надгігантів певної залежності наведених вище параметрів від маси не існує.

Оскільки зорі різних класів світності істотно відрізняються за своїми радіусами (при цьому відмінності у масі не дуже великі), цілком очевидно, що для них слід чекати помітної різниці середньої густини. Середня густина визначається із очевидного співвідношення:

image12

Необхідно зазначити, що середня густина характеризує зорю в цілому, тоді як речовина зорі нерівномірно розподілена в її об'ємі. Густина зростає до центра. На поверхні зорі густина може бути мізерною, але досягає великих значень поблизу центра. Як правило, найсильніший перепад густини при переході від поверхні до центра є в зір-надгігантів.

Густина речовини в атмосфері зорі впливає не лише на інтенсивність багатьох ліній поглинання у її спектрі, а й на їхню ширину. Наприклад, ширина спектральних ліній у зір з великою густиною атмосфери більша, ніж у зір з розрідженою атмосферою. Це пов'язано з тим, що при високій густині середня відстань між зарядженими частинками і атомами, які є в плазмі зоряної атмосфери, менша, що призводить до ефективнішого зміщення енергетичних рівнів атомів та іонів, а отже до більшого розширення спектральних ліній, що завдяки ефекту Штарка (див. підрозділ 8.7), особливо помітне в зір-карликів.

Саме тому зоря-надгігант і зоря-карлик одного спектрального підкласу мають дещо відмінні ефективні температури. Наприклад, зоря головної послідовності підкласу B0 має ефективну температуру 30 000 К, а для надгіганта того ж підклассу Теф = 26 500 К.

Параметри декількох зір, що належать до різних класів світності, подано у табл. 14.1.

Таблиця 14.1

Параметри деяких зір різних класів світності і різних спектральних класів

Назва зорі

Спектральний клас

Ефективна температура

Теф, К

Світність

L/Lʘ

Маса

M/Mʘ

Радіус

R/Rʘ

Середня

густина

ρ , г/см3

Головна послідовність

ξ Візничого

В8

11 000

220

10,2

3,5

0,33

Вега

А0

10 000

54

2,8

3,0

0,14

Проціон

F5

6 600

7,8

1,8

2,2

0,23

а Кентавра

G2

5 730

1,3

1,02

1,2

0,80

70 Змієносця

КО

4 700

0,51

0,78

0,89

2,20

η Кассіопеї

МО

3 600

0,09

0,54

0,82

1,40

Гіганти

Капелла

G8

4 900

150

3,3

23

4·10-4

Арктур

К2

4 000

102

4,2

26

1·10-4

Надгіганти

Рігель

В8

11 200

6·10

40

138

2·10-5

Антарес

М1

3 300

7·10

19

560

1,5·10 -7

Білі карлики

Сіріус В

А5

8 200

0,0027

1,0

0,02

1,8·105






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.