Спектры излучения звезд В звездах преобладают легкие элементы

Спектры излучения звезд В звездах преобладают легкие элементы: водород и гелий. Химический состав звезды определяется с помощью спектрального анализа, т. е. по излучаемому ею свету.

Массы звезд заключены в пределах от 0, 1 до нескольких десятков МС. Звезда не может иметь массу, большую 100 МС: в этом случае давление внутри звезды приведет к ее взрыву. Массы звезд По звездам Алькор и Мицар (на фотографии отмечены стрелкой) древние греки определяли зоркость.

Размеры звезд различаются между собой

Встречаются белые и голубые сверхгиганты. Плотность звезд - гигантов меньше плотности воздуха при нормальных условиях. Плотности сверхгигантов еще меньше. Сверхгиганты Ригель

Карлики и гиганты Гиганты излучают неизмеримо больше энергии , чем звезды типа Солнца (низкая температура, но огромная площадь поверхности).

Солнце и белый карлик Белые карлики имеют высокую температуру, очень маленькие размеры и огромную плотность.

Сверхкарлики Масса белого карлика не превышает 1, 2 массы Солнца.

Светимость. Звездная величина. Сверхновая 1987 A Светимость звезды— полное количество энергии, излучаемой звездой в единицу времени, проявляется в ее яркости. Яркость убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Звезды характеризуются звездными величинами. Уменьшение звездной величины на 1 единицу соответствует увеличению яркости 2, 5 раза.

Имеется зависимость: светимость пропорциональна четвертой степени массы.

Диаграмма Герцшпрунга-Рассела (спектр - светимость) Характеристики звезды : спектральный класс (цвет) и светимость.

Спектральные классы звезд

95% звезд располагается на главной последовательности. В левом нижнем углу звезды небольшого размера, высокой плотности и низкой светимости (Белые Карлики), а в правом верхнем — звезды, гигантских размеры, высокой светимости излучающие огромное количество энергии (Красные Гиганты).

Источники энергии звезд В недрах звезд происходит термоядерная реакция синтеза — превращение водорода в гелий.

Термоядерные реакции в звезде главной последовательности Горение водорода – самая длительная стадия в жизни звезды. В звездах главной последовательности происходит реакции протон-протонного цикла. или

Процесс рождения звезды и ее эволюция в период стабильности Вначале происходит конденсация газопылевой туманности, получается непрозрачное облако — протозвезда. Под действием гравитационных сил протозвезда медленно сжимается, повышается температура в ее недрах. При температуре 107 K, начинается реакция термоядерного синтеза. Протозвезда становится самосветящейся, т. е. превращается в звезду.

В период стабильности звезды (времени пребывания ее на главной последовательности)— силы гравитационные уравновешиваются силами газового давления, возникающими превращении водорода в гелий. Время жизни массивных звезд — несколько миллионов лет, звезды малой массы живут миллиарды лет (звезды спектрального класса G ~13 -15 млрд лет)

При“выгорания” водорода в недрах звезды ее ядро сжимается, и когда весь водород “выгорает”, центральную область звезды занимает гелиевое ядро, а термоядерная реакция идет в прилежащем слое. Температура гелиевого ядра резко повышается до 1, 5∙ 107 К и гелий превращается в углерод с дальнейшим образованием все более “тяжелых” элементов. Красный гигант

Из-за резкого повышения температуры гелиевого ядра силы газового давления увеличиваются. Звезда “сходит” с главной последовательности, превращаясь в Красного гиганта.

Звездная старость В стадии Красного гиганта светимость звезды увеличивается в сотни раз, а ее радиус — в десятки раз.

Черный карлик - это все, что остаётся от звезды Если масса звезды менее 1, 2 Мс , то часть наружной оболочки звезда “сбрасывает” и в результате остается небольшое плотное ядро. Термоядерная реакция прекращается, звезда излучает меньшее количество энергии , превращаясь в Белого карлика а затем в Черного карлика.

От красного гиганта к белому карлику Белые карлики очень плотные Стакан вещества белого карлика весит тысячи тонн.

Типичный размер нейтронной звезды. Если масса звезды более 1, 2 -2, 5 Мс , то она под действием гравитационных сил сжимается до размеров d 10 км, а ее плотность возрастает до 1015 г/см 3.

Нейтронные звёзды Нейтронная звезда Т =1 млн градусов, состоит из нейтронов, в дальнейшем быстро остывает.

Спичечный коробок нейтронной материи весит миллиарды тонн.

Открытие пульсаров. Пульсары -нейтронные звезды - обнаружены в 1967 г. : некий радиоисточник излучал импульсы со строгой периодичностью 1, 33 с. Пульсары быстро вращаютя, так как при сжатии звезды ее радиус резко уменьшается, а масса сохраняется. По закону сохранения импульса скорость вращения звезды многократно возрастает.

«Принцип действия» пульсара Пульсар В результате вращения нейтронная звезда становится мощным источником радиоволн, излучаемых в конусе, осью которого служит магнитная ось звезды.

Пульсар крабовидной туманности Сигналы пульсара идут из облака, образованного остатками сверхновой 1054 года, отмеченной в китайских и японских летописях.

Планетарные туманности Бабочка Улитка

Планетарные туманности Эскимос NGC 6751

Сверхновые Вспышки сверхновых –мощный катастрофический процесс. Выделение энергии – столько, сколько Солнце вырабатывает за миллиарды лет – сопровождает взрыв сверхновой.

Взрыв сверхновой Если масса звезды составляет более 2, 5 Мс , то она может взорваться, обогащая межзвездную среду тяжелыми химическими элементами. Взрыв сверхновой в нашей Галактике происходит примерно один раз в 100 лет.

Следы былых катастроф Крабовидная туманность то, что осталось от сверхновой 1054 года. Кассиопея A – сильнейший радиоисточник ночного неба. Это остатки после взрыва сверхновой 1667 года, .

Ещё остатки взрыва Центр туманности Гама, находится в созвездии

S 1987 A Сверхновая 1987 A в Большом Магеллановом Облаке расположена там, где на старых фотографиях была лишь звездочка 12 -й величины. Ее величина в максимуме достигла 2, 9 m, что позволяло легко наблюдать сверхновую невооруженным глазом.

S 1987 A. Четыре года спустя. Сверхновая 1987 A через 4 года после вспышки. Кольцо светящегося газа в 1991 году достигло 1, 37 светового года в поперечнике.

Что такое черная дыра? Что происходит со звездой, масса которой более чем в 2, 5 раза превышает солнечную, если она не взорвалась? - Гравитационный коллапс! Давление в ее недрах таково, что звезда сжимается со скоростью, близкой к скорости света, и превращается за несколько секунд в сверхплотную точку.

Что такое черная дыра? Черная дыра - область пространства-времени, в которой гравитационное поле столь сильно, что ни один объект (даже свет) не может вырваться из нее. Для Солнца гравитационный радиус (радиус черной дыры) Rg = 3 км, а плотность ρ ~ 2∙ 1016 г/см 3 (это превышает плотность атомного ядра ρ ~ 2∙ 1014 г/см 3).

«Кандидаты» в черные дыры Лебедь X-1 в рентгеновских лучах – один из кандидатов в черные дыры. Сейчас насчитывают 13 таких кандидатов.

М 87 Полагают, что в центре галактики M 87 находится гигантская черная дыра массой в миллионы масс Солнца.

Дева - А Тусклая линия вниз из центра – джет, выброшенный из окрестностей черной дыры.

Черные дыры

§Радиус Шварцшильда (зависит от массы) – расстояние от центра массивного тела, на котором вторая космическая скорость равна c • Горизонт событий – сфера радиуса Шварцшильда r = rg. Ничто, даже свет, не может выйти вовне из этой сферы. • Черная дыра – тело, радиус которого меньше радиуса Шварцшильда, т. е. поверхность находится за горизонтом событий.

Фотонная сфера Горизонт событий Свет движется по круговой орбите 1. 5 rg rg

• Сингулярность – точка в пр-вевремени, через которую невозможно гладко продолжить входящую в неё геодезическую линию. • Такими свойствами обладает центр черной дыры. • Перестают выполняться физические законы.

Горизонт событий rg r=0 Сингулярность Пенроуз: космическая цензура – нет «голой сингулярности» , она отделена от нас горизонтом событий

У черной дыры нет волос Образное название для теоремы об отсутствии у черной дыры каких-либо внешних характеристик, кроме Массы Заряда Спина (момента импульса)

Steven Hawking Черная дыра Излучает Испаряется Краткая история времени: от Большого Взрыва до черных дыр

Почему излучает черная дыра? Рождение пары виртуальных частиц из вакуума в силу квантовых флуктуаций Излучает не сама черная дыра, а области пространства возле нее

Если античастица падает за горизонт событий, то частица перестает быть виртуальной и уходит в другую сторону

Испарение черной дыры ct Частица, падающая в дыру, имеет отрицательную энергию – поэтому масса дыры уменьшается

Протон Масса: 1031 кг Радиус: 20 км Время испарения: 1067 лет Низкая t˚ Масса: 10– 23 кг Радиус: 10– 19 м Высокая t˚ Время испарения: 10– 26 сек