Диаграмма «спектр-светимость»

Существует зависимость между основными физическими характеристиками звезд. На основе наблюдений определяются спектральные классы звезд, а по известному расстоянию - абсолютные звездные величины, или светимости звезд.

В начале ХХ в. независимо друг от друга датский астроном Эйнар Герцшпрунг и несколько позже американский астрофизик Генри Рессел установили связь между этими характеристиками. Эту зависимость можно представить в виде диаграммы: по горизонтальной оси откладывается спектральный класс (или температура) звезд, а по вертикальной - их светимость (в абсолютных величинах или в единицах светимости Солнца). Каждой звезде соответствует точка на этой диаграмме. Такая диаграмма называется диаграммой Герцшпрунга-Рессела или диаграммой «спектр-светимость».

Звезды на диаграмме не распределяются случайным образом по всей ее площади, а образуют несколько групп, называемых последовательностями.

Большинство звезд на диаграмме лежат в пределах четко выраженной полосы, простирающейся от левого верхнего до правого нижнего угла, которая называется главной последовательностью.

В левой верхней части главной последовательности находятся массивные горячие звезды спектрального класса O, которые в десятки тысяч раз превышают по светимости Солнце. Такие звезды называют горячими сверхгигантами. По мере уменьшения температуры светимость звезд падает. Затем полоса главной последовательности проходит через область, где находятся похожие на Солнце звезды класса G. И наконец, главная последовательность опускается к нижней правой части диаграммы. Здесь находятся звезды класса M и L с малой массой и относительно низкой температурой. Эти звезды называют красными карликами.

К звездам главной последовательности относятся хорошо известные звезды - Сириус (α Большого Пса), Вега (α Лиры), наше Солнце. Звезды с относительно низкой температурой фотосферы (3 ÷ 5 · 103 К) и светимостью в 100-1000 раз большей светимости Солнца образуют последовательность красных гигантов. К данной последовательности относятся, например, Арктур (α Волопаса), Альдебаран (α Тельца).

В верхней части диаграммы «спектр-светимость» располагается последовательность сверхгигантов. Это звезды с очень высокой светимостью, низкой плотностью, в десятки и сотни раз большими диаметрами, чем у Солнца. К сверхгигантам причисляют звезду Бетельгейзе (α Ориона).

В левой нижней части диаграммы расположены горячие звезды слабой светимости - последовательность белых карликов. Их размеры сравнимы с размерами Земли, а массы близки к массе Солнца. Поэтому средняя плотность белых карликов превышает плотность земных пород в сто тысяч раз. С другой стороны, средняя плотность звезд-сверхгигантов очень низкая - в тысячи раз меньше плотности земной атмосферы. Плотность вещества в атмосфере звезды влияет на ширину спектральных линий. Поэтому, например, у красных карликов спектральные линии шире, чем у гигантов и сверхгигантов. Значит, по виду спектральных линий определяется, к какой последовательности принадлежит звезда (главная, карлики, гиганты).

По последовательности оценивается абсолютная звездная величина, а затем и расстояние (\(M = m + 5 - 5\lg r\)). Этот метод определения расстояний называется методом спектральных параллаксов.

Наиболее многочисленными звездами являются красные карлики: на 10 млн красных карликов приходится около 1 млн белых карликов, примерно 1000 гигантов и только 1 сверхгигант.

На Йеркской обсерватории разработана двумерная спектральная классификация, в которой каждый спектр звезды учитывает особенности спектральных линий и светимость звезд. Эта классификация разделяет все звезды на несколько классов светимости (от I до VII).

  • Ia-0 - самые яркие сверхгиганты;
  • Ia - яркие сверхгиганты;
  • Iab - средние сверхгиганты;
  • Ib - слабые сверхгиганты;
  • II - яркие гиганты;
  • III - слабые гиганты;
  • IV - субгиганты;
  • V - главная последовательность;
  • VI - субкарлики;
  • VII - белые карлики.

Читать далее