Вращение звезд

Вращение звезд. изучается по их спектрам.

При вращении один край диска звезды удаляется от нас, а другой приближается с той же скоростью. В результате в спектре звезды, получающемся одновременно от всего диска, линии расширяются и, в соответствии с принципом Доплера, приобретают характерный контур, по которому возможно определять скорость вращения. Звезды ранних спектральных классов О, В, А вращаются со скоростями на экваторе 100-200 кмс. Скорости вращения более холодных звезд значительно меньше несколько кмс. Уменьшение скорости вращения звезды связано, по-видимому, с переходом части момента количества движения к окружающему е газопылевому диску вследствие действия магнитных сил. Из-за быстрого вращения звезды принимает форму сплюснутого сфероида.

Излучение из звздных недр просачивается к полюсам скорее, чем к экватору, вследствие чего температура на полюсах оказывается более высокой. Поэтому на поверхности звезды возникают меридиональные течения от полюсов к экватору, которые замыкаются в глубоких слоях звезды. Такие движения играют существенную роль в перемешивании вещества в слоях, где нет конвекции.

ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ЗВЗД Поскольку недра звезд недоступны непосредственным наблюдениям, внутреннее строение звезды изучается путм построения теоретических звздных моделей, которым соответствуют значения масс, радиусов и светимостей, наблюдаемые у реальных звезд. В основе теории внутреннего строения обычных звезд лежит представление о звездах как о газовом шаре, находящемся в механическом и тепловом равновесии, в течение длительного времени не расширяющемся и не сжимающемся.

Механическое равновесие поддерживается силами гравитации, направленными к центру звезды, и газовым давлением в недрах звезд, действующим наружу и уравновешивающим силы гравитации. Давление растет с глубиной, а вместе с ним увеличиваются плотность и температура. Тепловое равновесие заключается в том, что температура звезды во всех е элементарных объмах практически не меняется со временем, т. е. количество энергии, уходящей из каждого такого объма, компенсируется приходящей в него энергией, а также энергией, вырабатываемой там ядерными или другими источниками.

Температуры обычных звезд меняются от нескольких тыс. градусов на поверхности до десяти млн. градусов и более в центре. При таких температурах вещество состоит из почти полностью ионизованных атомов, благодаря чему оказывается возможным в расчтах звздных моделей применять уравнения состояния идеального газа. При исследованиях внутреннего строения звезды существенное значение имеют предпосылки об источниках энергии, химическом составе звезды и о механизме переноса энергии.

Основным механизмом переноса энергии в звезде является лучистая теплопроводность. При этом диффузия тепла из более горячих внутренних областей звезды наружу происходит посредством квантов ультрафиолетового излучения, испускаемого горячим газом. Эти кванты поглощаются в других частях звезды и снова излучаются по мере перехода во внешние, более холодные слои частота излучения уменьшается.

Скорость диффузии определяется средней величиной пробега кванта, которая зависит от прозрачности звздного вещества, характеризуемой коэффициент поглощения. Основными механизмами поглощения в звезде являются фотоэлектрическое поглощение и рассеяние свободными электронами. Лучистая теплопроводность является основным видом переноса энергии для большинства звезд. Однако в некоторых частях звезды существенную роль играет конвективный перенос энергии, т. е. перенос тепла массами газа, поднимающимися и спускающимися под влиянием различия температуры.

У холодных звезд полная ионизация наступает на большей глубине, так что конвективная зона у них толще и охватывает большую часть объма. Химический состав вещества недр звезд на ранних стадиях их развития сходен с химическим составом звздных атмосфер, который определяется из спектроскопических наблюдений. С течением времени ядерные реакции изменяют химический состав звздных недр и внутреннее строение звезды меняется.

ИСТОЧНИКИ ЗВЗДНОЙ ЭНЕРГИИ И ЭВОЛЮЦИЯ ЗВЗД Основным источником энергии звезды являются термоядерные реакции, при которых из лгких ядер образуются более тяжлые чаще всего это - превращение водорода в гелий. В звезде с массой, меньшей двух солнечных, оно происходит главным образом путм соединения двух протонов в ядро дейтерия, затем превращением дейтерия в изотоп He3 путм захвата протона и, наконец, превращением двух ядер He3 в He4 и два протона. В более массивных звездах преобладает углеродно-азотная циклическая реакция углерод захватывает последовательно 4 протона, выделяя попутно два позитрона, превращается сначала в азот, затем распадается на гелий и углерод.

Окончательным результатом обеих реакций является синтез ядра гелия из четырх ядер водорода с выделением энергии ядра азота и углерода в углеродно-азотной реакции играют лишь роль катализатора. Для сближения ядер на такое расстояние, когда может произойти захват, нужно преодолеть электростатическое отталкивание, поэтому реакции могут идти только при температурах, превышающих 107 градусов.

Такие температуры встречаются в самых центральных частях звезд. В звездах малых масс, где температура в центре недостаточна для термоядерных реакций, источником энергии служит гравитационное сжатие звезды. У массивных звезд ядро в конце эволюции неустойчиво, радиус его уменьшается приблизительно до 10 км, и звезда превращается в нейтронную состоит из нейтронов, а не из ядер и электронов, как обычные звезды.

Нейтронные звезды имеют сильное магнитное поле и быстро вращаются. Это приводит к наблюдаемым всплескам радиоизлучения, а иногда к всплескам также и оптических и рентгеновского излучений. Такие объекты называются пульсарами. При ещ больших массах происходит коллапс - неограниченное падение вещества к центру со скоростью, близкой к скорости света. Часть гравитационной энергии сжатия производит выброс оболочки со скоростью до 7000 кмс. При этом звезда превращается в сверхновую звезду, е излучение увеличивается до нескольких млрд. светимостей Солнца, а затем постепенно, в течение ряда месяцев угасает.

ДВОЙНЫЕ ЗВЗДЫ Большая часть звезд входит в состав двойных или кратных звздных систем. Если компоненты двойных звезд расположены достаточно далеко друг от друга, они видны отдельно. Это визуально-двойные звезды. Иногда один, более слабый, компонент не виден, и двойственность обнаруживается по непрямолинейному движению более яркой звезды. Чаще же всего двойные звезды распознаются по периодическому расщеплению линий в спектре спектрально-двойные звезды или по характерным изменениям блеска затменно-двойные звезды.

Большая часть двойных звезд образует тесные пары. На эволюцию компонентов таких звезд существенное влияние оказывают взаимные приливные возмущения. Если один из компонентов звезды вздувается в процессе эволюции, то при некоторых условиях из точки е поверхности, обращенной к другому компоненту, начинается истечение газа. Газ образует потоки вокруг второго компонента и частично попадает на него. В результате первый компонент может потерять большую часть массы и превратиться в субгиганта или даже в белого карлика.

Второй же компонент приобретает часть потерянной массы и соответственно увеличивает светимость. Поскольку эта масса может включать газ не только из атмосферы, но и из глубоких слоев, близких к ядру первого компонента, в двойной звезде могут наблюдаться аномалии химического состава. Однако эти аномалии касаются только лгких элементов, т.к. тяжлые элементы в гигантах не образуются.

Они появляются при взрывах сверхновых звезд, когда выделяется много нейтронов, которые захватываются ядрами атомов и увеличивают их вес. ПЕРЕМЕННЫЕ ЗВЗДЫ Блеск многих звезд непостоянен и изменяется в соответствии с тем или иным законом такие звезды называются переменными звздами. Звезды, у которых изменения блеска связаны с физическими процессами, происходящими в них самих, представляют собой физические переменные звезды в отличие от оптических переменных звезд, к числу которых относятся затменно-двойные звезды. Периодическая и полупериодическая переменность связана обычно с пульсациями звезд, а иногда с крупномасштабной конвекцией.

Звездам как системам, находящимся в устойчивом равновесии, свойственны пульсации с собственными периодами. Колебания могут возникнуть в процессе перестройки структуры звезды, связанной с эволюционными изменениями. Однако, чтобы они не затухали, должен существовать механизм, поддерживающий или усиливающий их в период максимального сжатия звезде необходимо получить тепловую энергию, которая уйдт наружу в период расширения.

Согласно современным теориям, пульсации у многих типов переменных звезд объясняются тем, что при сжатии звезд увеличивается коэффициент поглощения это задерживает общий поток излучения, и газ получает дополнительную энергию. При расширении поглощение уменьшается, и энергия выходит наружу. Неоднородное строение звезды, наличие в них нескольких слоев с различными свойствами нарушает регулярную картину, делает изменения параметров звезды отличными от правильной синусоиды. Основная стоячая волна колебания часто находится в глубине звезды, а на поверхность выходят порождаемые ею бегущие волны, которые влияют на фазы изменений блеска, скорости и других параметров.

Некоторые виды переменных звезд испытывают вспышки, при которых блеск возрастает на 10-15 звздных величин. Такие вспышки связаны с внезапным расширением фотосферы с большими скоростями до 1000-2000 кмс у новых звезд, что приводит к выбросу оболочки.

После вспышки блеск начинает уменьшаться с характерным временем 50-100 суток. В это время продолжается истечение газов с поверхности со скоростью в несколько тыс. кмс. Все эти звезды оказываются тесными двойными, и их вспышки, несомненно, связаны с взаимодействием компонентов системы, один из которых или оба обычно являются горячими звздами-карликами. На структуру оболочек, выброшенных новыми звездами, по-видимому, существенное влияние оказывает сильное магнитное поле звезд.

Быстрая неправильная переменность звезд. типа Т Тельца, UV Кита и некоторых других типов молодых сжимающихся звезд связана с мощными конвективными движениями в этих звездах, выносящими на поверхность горячий газ. К переменным звездам можно отнести и сверхновые звезды. В Галактике известно свыше 30 000 переменных звезд.