Как называют звезды температура поверхности которых может достигать самых больших температур

Как называют звезды температура поверхности которых может достигать самых больших температур

Звёзды гиганты

Звезды гиганты говорят сами за себя и, соответственно, имеют существенно больший радиус и высокую светимость в отличие от тех звезд главной последовательности, которые имеют такую же температуру поверхности. Радиус звезд гигантов, как правило, находится в диапазоне от 10 до 100 солнечных радиусов, и обладают светимостью от 10 до 1000 светимостей Солнца. Температура звезд гигантов является относительно низкой в силу массы звезды, поскольку распределяется на всю звездную поверхность, и достигает порядка 5000 градусов.

Однако, также существуют и такие звезды, которые имеют в разы большую светимость, чем у звезд гигантов. Такие звезды принято называть сверхгиганты и гипергиганты.

В связи с тем, что данные звезды имеют очень огромные массы, продолжительность их жизни крайне мала и составляет от 30 до нескольких сотен миллионов лет. Сверхгиганты можно наблюдать, как правило, в областях активного звездообразования – рассеянных звездных скоплениях, рукавах спиральных галактик, а также в неправильных галактиках.

Среди звезд гигантов бывают красные гиганты.

Красный гигант

Красный гигант – звезда поздних спектральных классов, имеющая высокую светимость и протяженные оболочки. Наиболее известные красные гиганты – Арктур, Альдебаран, Гакрукс, Мира.

Они имеют относительно невысокую температуру излучающей поверхности, которая составляет порядка 3000 – 5000 градусов Кельвина. Радиус красных гигантов находится в пределах от 100 до 800 солнечных радиусов.Красные гиганты — звезды, что на поздних стадиях эволюции увеличиваются в 10—100 раз, становятся менее горячими на поверхности и медленно сбрасывают в окружающее пространство свои газовые оболочки.

Белый гигант

Кроме красных гигантов, также существуют и белые гиганты. Белый гигант – звезда главной последовательности, которая достаточно горячая и яркая. Иногда звезда белый гигант может комбинироваться с красным карликом. Такая комбинация звезд называется двойной или кратной и, как правило, состоит из звезд различных типов.

Сверхгиганты

Сверхгиганты — одни из самых массивных звезд. Массы сверхгигантов варьируют от 10 до 70 масс Солнца, светимости — от 30 000 вплоть до сотен тысяч солнечных. Радиусы могут сильно отличаться — от 30 до 500, а иногда и превышают 1000 солнечных, тогда их ещё можно называть гипергигантами.

Выделяют красные и голубые сверхгиганты. Относительно холодные поверхности красных сверхгигантов выделяют намного меньше энергии с единицы площади, чем горячие голубые сверхгиганты. Поэтому при одинаковой светимости красный сверхгигант всегда будет иметь больший размер, чем голубой.Крупные звезды покидают главную последовательность, когда в их ядре начинается горение углерода и кислорода, – они становятся красными сверхгигантами.Именно красные сверхгиганты обычно заканчивают жизненный путь светила и взрываются сверхновой. Газовая оболочка звезды дает начало новой туманности, а вырожденное ядро превращается в белого карлика. Антарес и Бетельгейзе – крупнейшие объекты из числа умирающих красных светил.

Бетельгейзе

В отличие от красных, доживающих долгую жизнь гигантов, голубые гиганты – это молодые и раскаленные звезды, превосходящие своей массой солнечную в 10-50 раз, а радиусом – в 20-25 раз. Их температура впечатляет – она составляет 20-50 тыс. градусов. Поверхность голубых сверхгигантов стремительно уменьшается из-за сжатия, при этом излучение внутренней энергии непрерывно растет и повышает температуру светила. Ярчайшая звезда созвездия Ориона – Ригель – отличный пример голубого сверхгиганта. Ее внушительная масса в 20 раз превышает Солнце, светимость выше в 130 тысяч раз.

Ригель

Гипергиганты незначительно превосходят сверхгигантов по размеру, но при этом превалируют в массе в десятки раз, а их яркость достигает от 500 тыс. до 5 млн. светимостей Солнца. Эти звезды имеют самую короткую жизнь, иногда она исчисляется сотнями тысяч лет. Таких ярких и мощных объектов в нашей Галактике найдено около 10.

Гипергигант на окраине скопления Вестерлунд 1-26 (W 26)

Источник

Какие звезды имеют самую высокую температуру

Как известно, температура внутри звезд очень высокая. Ведь благодаря ей и запускаются термоядерные реакции. При сжатии молекулярного облака гравитационными силами происходит нагрев, который при достаточной массе молекул всё увеличивается и увеличивается. Так, начинается синтез гелия из водорода или, проще говоря, рождается звезда.

Несмотря на то, что все облака состоят из молекул водорода, они отличаются друг от друга количеством его частиц. В итоге получается разная масса протозвезд. Хотя процесс формирования светил примерно одинаковый.

Главным образом, температура звезд повышается при их начальном образовании, а затем при реакциях, происходящих в их ядре. В свою очередь, тепло, производимое в центральной части светила, поднимается и в его верхние слои (то есть на поверхность). А так как у разных тел она разная в недрах, соответственно, она отличается и на поверхности.

От чего зависит температура звезды

В действительности, она обуславливается двумя основными факторами.
Во-первых, уровнем производимой ядром энергии. По данным учёных, ядро разогревается до 15 млн градусов. Однако излучается только тепло, полученное в результате термоядерных реакций. А вот энергия от гравитационного сжатия остаётся в самом центре. Таким образом, температура поверхности звезд напрямую зависит от силы внутренних процессов, а также какие элементы в них задействованы. Например, если происходит синтез не только гелия из водорода, но и синтез с участием тяжёлых элементов, то и излучающая энергия будет в разы больше. Как следствие, поверхностный нагрев увеличится.

А во-вторых, важное значение имеет площадь поверхности, которая излучает внутреннюю энергию. Дело в том, что звёздные объекты производят и в то же время отдают энергию в космическое пространство. И сколько они её отдадут, зависит от внешней оболочки, то есть от излучаемой поверхности.

Когда у звёзд расширяются внешние границы, увеличивается и ядро. А чем оно плотнее, тем горячее. Но так лишь внутри, а снаружи (в фотосфере) такие звезды имеют низкую температуру. Проще говоря, чем больше площадь, тем больше энергетический расход.

Помимо этого, прослеживается связь размеров, масс, светимостей и температур звёздных объектов. К примеру, чем массивнее звёздное тело, тем выше его светимость, а значит и нагрев. Стоит отметить, что температура звезды определяет её цвет. Взаимосвязь характеристик светил отображена на диаграмме Герцшпрунга-Расела.

Диаграмма Герцшпрунга — Рассела

Как видно, спектральные классы отличаются между собой набором характеристик.

Как определить и в чем измеряется температура звезд

Стоит отметить, что для данной характеристики используют эффективную величину нагретости тела. Другими словами, насколько горячий объект, настолько он излучает энергию. В случае со звёздными телами, их накал даёт характеристику светимости.

А вот для определения эффективной температуры звезд применяют закон Стефана-Больцмана. Он гласит, что мощность излучения нагретого тела прямо пропорциональна площади поверхности и температуры четвёртой степени.

где σ — это постоянный коэффициент 5,7*10-8,
S — площадь, а P — излучаемая мощность.

На самом деле, определяется температура звезд в Кельвинах (К). Правда, можно перевести в градусы Цельсия (С).

Какие температуры поверхности могут иметь звезды

По оценке учёных, показатели отдельных светил разные. Более холодные обладают теплом 2000-5000 К, средняя температура (у жёлтых и оранжевых) тел составляет 5000-7500 К, а горячие представители достигают значений 7500-80000 К.

Наос (самая горячая звезда)

Какие звезды имеют самую низкую температуру

Наименьшую температуру поверхности имеют звезды красных цветов. Правда, называть их холодными не совсем точно. Потому как их нагретость равняется 2000-3000К.

Звезда Барнарда (одна из самых холодных звёзд)

У какого типа звезд наибольшая температура

Как вы думаете, какая температура на поверхности самых горячих звезд?
Между прочим, наиболее жаркие светила имеют голубой или белый цвет. Хотя самый высокий уровень у синих. Только вдумайтесь, их уровень тепла может достигать 40000К.

Итак, мы выяснили, что температура и размеры звёзд могут быть разными. Вдобавок их характеристики связаны между собой.
Также очевидно, что температура в центре звезды отличается от температуры поверхности, которые они могут иметь. Это лишний раз доказывает, что каждый небесный объект уникален. Даже если одни его свойства схожи с другими телами, обязательно будет отличие в каком-либо другом параметре.

Какие цвета звезд бывают? На самом деле, они могут быть совершенно разными. Как правило, визуально на небесной сфере мы различаем белые и красные светила.
Хотя многие считают, что звёздные объекты белые, в действительности, это не так. Они бывают голубые, желтые, оранжевые и красные.
Поистине, сияние звезд на небе очень красивое и таинственное явление.

Почему звезды разного цвета

Во-первых, атмосфера Земли искажает реальные цвета звезд.
Во-вторых, нам кажется, что излучение звёздных тел белое из-за нашего восприятия. В основном, это связано с физическими возможностями человека. Потому как в сетчатке наших глаз находятся рецепторы, которые отвечают за цветное зрение. Чем слабее импульс, тем более в тусклом свете мы видим.

На удивление, разнообразные цвета звезд обусловлены не так их составом, их температурой. Как оказалось, нагрев ионизирует определённые элементы, тем самым скрывая их.
Благодаря спектральному анализу астрономы определяют и состав, и температуру объектов. Поскольку атомы отдельного вещества обладают своей пропускной способностью. Например, одни световые волны легко проходят через определенные вещества. А другие, наоборот, не пропускают их. Таким образом можно определить химический состав тела.

Наос (самая горячая звезда)

В любом случае, разница в цветовой гамме зависит от температуры поверхности. Стоит отметить, что в природе всегда существует отношение между энергией и излучаемым светом.
Собственно говоря, на степень нагретости влияет скорость молекулярного движения вещества. А она оказывает влияние на длину световых волн, проходящих через эти вещества. То есть при высокой скорости молекулы движутся быстрее, поверхность становится горячее. В результате волны укорачиваются. И наоборот, холодная среда характеризуется небольшой скоростью, а также удлинёнными волнами.
Как оказалось, излучаемый видимый свет складывается из световых волн. Где короткие проявляются синими, а длинные красными оттенками. Белый же цвет возникает при наложении разных спектральных лучей друг на друга.

Напомним, что диаграмма Герцшпрунга-Рассела отображает все основные характеристики звёзд, которые между собой взаимосвязаны. Как из неё видно, цвета звезд зависят от их температуры по возрастанию.

Диаграмма Герцшпрунга — Рассела

Какого цвета холодные звезды

В действительности, их поверхность нагрета до 3000 градусов. И цвет холодных звезд находится в красном диапазоне. Как правило, это красные гиганты.

Какого цвета самые горячие звезды

Между прочим, чем горячее звёздное тело, тем ближе к голубому. Их разогретость может иметь значения 10-30 тысяч градусов по Цельсию. К тому же, существуют тела с показателями около 100 тысяч градусов. Причем это самые горячие голубые звезды. Также представляют собой гиганты.

Классификация звезд по цвету

Прежде всего, разделение происходит по принципу: от горячих к холодным. Всего выделено 7 групп. В свою очередь, они делятся на категории от 0 до 9, также от самых горячих к самым холодным.

Класс О: голубые

Как уже было сказано, они имеют самую высокую температуру (в среднем 300000°С). Вероятнее всего, возникают из двойных при их слиянии. В итоге, получается одно очень яркое и массивное светило, которое сильно разогрето.
К примеру, к ним относятся Ригель, Тау Большого Пса, Дзета Ориона и другие.
По оценке учёных, это довольно редкие экземпляры в нашей Вселенной.

Класс В: белые и голубые

По большей части, это небольшие тела с нагретой поверхностью от 7 до 200000°С. В эту группу входят Альтаир, Вега и Сириус.

G класс — желтые

Установлено, что желтая звезда обладает температурой поверхности около 60000°С, а масса приблизительно как у Солнца (0,8-1,4).
Из них можно отметить светила Альхита, Дабих, Капелла и другие. Также, например, наше родное Солнце относится к карликам класса G2.

Класс К — оранжевые

В отличие от других, для них характерен нагрев от 4000 до 60000°С. Для примера, известная звезда Альдебаран как раз имеет оранжевый цвет.

М класс — красные

По сравнению с остальными, их поверхность не отличается горячностью (30000°С). А внешняя оболочка богата на углерод. Что важно, многие популярные объекты представляют данный тип. Взять хотя бы Антарес и Бетельгейзе.
Между прочим, во Вселенной наиболее распространены оранжевые и красные светила.

Какие еще бывают светила по цвету

С одной стороны, спектр обладает максимумом в определенном цвете. С другой стороны, при наблюдении это не всегда заметно. Нам кажется, что свет белый, иногда даже красноватый. Конечно, детальный анализ распределения интенсивности электромагнитного излучения показывает реальные свойства небесных объектов. Хотя сейчас многие телескопы также позволяют их различить.
Более того, мы научились распознавать другие виды излучений. Что делает возможным выяснить многие особенности космических тел.
Так, установили, что нейтронные светила излучают рентгеновские лучи. Кроме того, существуют зелёные и фиолетовые тела. Которые мы воспринимаем как белые и голубые соответственно. Правда, их невозможно определить без специальных приборов. Потому что они могут быть лишь в очень тесных двойных системах.
Вдобавок ко всему, цвет звезд, как и все её характеристики, может меняться под влиянием друг друга, внешней среды и стадии эволюции. То есть, все происходящие с ними процессы, так или иначе, влияют и изменяют его.
Помимо всего, визуальное различие тел зависит от чувствительности глаз человека, а также индивидуального восприятия.

Итак, мы узнали какого цвета звезды на небе, причины их различия. Надеюсь, теперь вы сможете ответить на вопрос: какого цвета, например, звезда Бетельгейзе?
При наблюдениях не стоит забывать, что сияющая одним светом звезда, скорее всего, в действительности обладает иным спектром.

Вещество нашей Вселенной структурно организовано и образует большое многообразие феноменов различного масштаба с весьма сильно разнящимися физическими свойствами. Одно из важнейших таких свойств – температура. Зная этот показатель и используя теоретические модели, можно судить о многих характеристиках того или иного тела – о его состоянии, строении, возрасте.

Разброс значений температуры у различных наблюдаемых компонентов Вселенной весьма велик. Так, самая низкая величина ее в природе зафиксирована для туманности Бумеранг и составляет всего 1 K. А каковы самые высокие температуры во Вселенной, известные на сегодняшний день, и о каких особенностях различных объектов свидетельствуют? Для начала посмотрим, как же ученые определяют температуру удаленных космических тел.

Спектры и температура

Всю информацию о далеких звездах, туманностях, галактиках ученые получают, исследуя их излучение. По тому, на какой частотный диапазон спектра приходится максимум излучения, определяется температура как показатель средней кинетической энергии, которой обладают частицы тела, – ведь частота излучения связана прямой зависимостью с энергией. Так что самая высокая температура во Вселенной должна отражать, соответственно, и наибольшую энергию.

Чем более высокими частотами характеризуется максимум интенсивности излучения, тем горячее исследуемое тело. Однако полный спектр излучения распределен по очень широкому диапазону, и по особенностям видимой его области («цвету») можно делать определенные общие выводы о температуре, например, звезды. Окончательная же оценка производится на основе изучения всего спектра с учетом полос эмиссии и поглощения.

Спектральные классы звезд

На основе спектральных особенностей, включая цвет, была разработана так называемая Гарвардская классификация звезд. Она включает семь основных классов, обозначаемых буквами O, B, A, F, G, K, M и несколько дополнительных. Гарвардская классификация отражает поверхностную температуру звезд. Солнце, фотосфера которого разогрета до 5780 K, относится к классу желтых звезд G2. Наиболее горячи голубые звезды класса O, самые холодные – красные – принадлежат классу M.

Гарвардскую классификацию дополняет Йеркская, или классификация Моргана-Кинана-Келлман (МКК – по фамилиям разработчиков), подразделяющая звезды на восемь классов светимости от 0 до VII, тесно связанных с массой светила – от гипергигантов до белых карликов. Наше Солнце – карлик класса V.

Примененные совместно, в качестве осей, по которым отложены значения цвет – температура и абсолютная величина – светимость (свидетельствующая о массе), они дали возможность построить график, широко известный как диаграмма Герцшпрунга-Рассела, на котором отражены главные характеристики звезд в их взаимосвязи.

Самые горячие звезды

Из диаграммы явствует, что наиболее горячими являются голубые гиганты, сверхгиганты и гипергиганты. Это чрезвычайно массивные, яркие и короткоживущие звезды. Термоядерные реакции в их недрах протекают очень интенсивно, порождая чудовищную светимость и высочайшие температуры. Такие звезды относятся к классам B и O либо к особому классу W (отличается широкими эмиссионными линиями в спектре).

Например, Эта Большой Медведицы (находится на «конце ручки» ковша) при массе, в 6 раз превышающей солнечную, светит в 700 раз мощнее и имеет поверхностную температуру около 22 000 K. У Дзеты Ориона – звезды Альнитак, – которая массивнее Солнца в 28 раз, внешние слои нагреты до 33 500 K. А температура гипергиганта с наивысшей известной массой и светимостью (как минимум в 8,7 миллионов раз мощнее нашего Солнца) – R136a1 в Большом Магеллановом облаке – оценена в 53 000 K.

Однако фотосферы звезд, как бы сильно разогреты они ни были, не дадут нам представления о самой высокой температуре во Вселенной. В поисках более жарких областей нужно заглянуть в недра звезд.

Термоядерные топки космоса

В ядрах массивных звезд, стиснутых колоссальным давлением, развиваются действительно высокие температуры, достаточные для нуклеосинтеза элементов вплоть до железа и никеля. Так, расчеты для голубых гигантов, сверхгигантов и очень редких гипергигантов дают для этого параметра к концу жизни звезды порядок величины 109 K – миллиард градусов.

Строение и эволюция подобных объектов пока еще недостаточно хорошо изучены, соответственно и модели их еще далеко не полны. Ясно, однако, что очень горячими ядрами должны обладать все звезды больших масс, к каким бы спектральным классам они ни принадлежали, – например, красные сверхгиганты. Несмотря на несомненные различия в процессах, протекающих в недрах звезд, ключевым параметром, определяющим температуру ядра, является масса.

Звездные остатки

От массы в общем случае зависит и судьба звезды – то, как она окончит свой жизненный путь. Маломассивные звезды типа Солнца, исчерпав запас водорода, теряют внешние слои, после чего от светила остается вырожденное ядро, в котором уже не может идти термоядерный синтез, – белый карлик. Наружный тонкий слой молодого белого карлика обычно имеет температуру до 200 000 K, а глубже располагается изотермическое ядро, нагретое до десятков миллионов градусов. Дальнейшая эволюция карлика заключается к его постепенному остыванию.

Далекие экзотические объекты

Существует класс космических объектов, достаточно удаленных (а значит, и древних), характеризующихся совершенно экстремальными температурами. Это квазары. По современным воззрениям, квазар представляет собой сверхмассивную черную дыру, обладающую мощным аккреционным диском, образуемым падающим на нее по спирали веществом – газом или, точнее, плазмой. Собственно, это активное галактическое ядро в стадии формирования.

Скорость движения плазмы в диске настолько велика, что вследствие трения она разогревается до сверхвысоких температур. Магнитные поля собирают излучение и часть вещества диска в два полярных пучка – джета, выбрасываемых квазаром в пространство. Это чрезвычайно высокоэнергетический процесс. Светимость квазара в среднем на шесть порядков выше светимости самой мощной звезды R136a1.

Теоретические модели допускают для квазаров эффективную температуру (то есть присущую абсолютно черному телу, излучающему с той же яркостью) не более 500 миллиардов градусов (5×1011 K). Однако недавние исследования ближайшего квазара 3C 273 привели к неожиданному результату: от 2×1013 до 4×1013 K – десятки триллионов кельвинов. Такая величина сравнима с температурами, достигающимися в явлениях с наивысшим известным энерговыделением – в гамма-всплесках. На сегодняшний день это самая высокая температура во Вселенной, которая была когда-либо зарегистрирована.

Жарче всех

Следует иметь в виду, что квазар 3С 273 мы видим таким, каким он был около 2,5 миллиарда лет назад. Так что, учитывая, что, чем дальше мы заглядываем в космос, тем более отдаленные эпохи прошлого наблюдаем, в поисках самого горячего объекта мы вправе окинуть взглядом Вселенную не только в пространстве, но и во времени.

Если вернуться к самому моменту ее рождения – приблизительно 13,77 миллиарда лет назад, наблюдать который невозможно, – мы обнаружим совершенно экзотическую Вселенную, при описании которой космология подходит к пределу своих теоретических возможностей, связанному с границами применимости современных физических теорий.

Описание Вселенной становится возможным, начиная с возраста, соответствующего планковскому времени 10-43 секунд. Самый горячий объект в эту эпоху – сама наша Вселенная, с планковской температурой 1,4×1032 K. И это, согласно современной модели ее рождения и эволюции, максимальная температура во Вселенной из всех когда-либо достигавшихся и возможных.

Источник

Какие звезды имеют самую высокую температуру на поверхности

Как известно, температура внутри звезд очень высокая. Ведь благодаря ей и запускаются термоядерные реакции. При сжатии молекулярного облака гравитационными силами происходит нагрев, который при достаточной массе молекул всё увеличивается и увеличивается. Так, начинается синтез гелия из водорода или, проще говоря, рождается звезда.

Несмотря на то, что все облака состоят из молекул водорода, они отличаются друг от друга количеством его частиц. В итоге получается разная масса протозвезд. Хотя процесс формирования светил примерно одинаковый.

Главным образом, температура звезд повышается при их начальном образовании, а затем при реакциях, происходящих в их ядре. В свою очередь, тепло, производимое в центральной части светила, поднимается и в его верхние слои (то есть на поверхность). А так как у разных тел она разная в недрах, соответственно, она отличается и на поверхности.

От чего зависит температура звезды

В действительности, она обуславливается двумя основными факторами.

Во-первых, уровнем производимой ядром энергии. По данным учёных, ядро разогревается до 15 млн градусов. Однако излучается только тепло, полученное в результате термоядерных реакций. А вот энергия от гравитационного сжатия остаётся в самом центре. Таким образом, температура поверхности звезд напрямую зависит от силы внутренних процессов, а также какие элементы в них задействованы. Например, если происходит синтез не только гелия из водорода, но и синтез с участием тяжёлых элементов, то и излучающая энергия будет в разы больше. Как следствие, поверхностный нагрев увеличится.

А во-вторых, важное значение имеет площадь поверхности, которая излучает внутреннюю энергию. Дело в том, что звёздные объекты производят и в то же время отдают энергию в космическое пространство. И сколько они её отдадут, зависит от внешней оболочки, то есть от излучаемой поверхности.

Когда у звёзд расширяются внешние границы, увеличивается и ядро. А чем оно плотнее, тем горячее. Но так лишь внутри, а снаружи (в фотосфере) такие звезды имеют низкую температуру. Проще говоря, чем больше площадь, тем больше энергетический расход.

Помимо этого, прослеживается связь размеров, масс, светимостей и температур звёздных объектов. К примеру, чем массивнее звёздное тело, тем выше его светимость, а значит и нагрев. Стоит отметить, что температура звезды определяет её цвет. Взаимосвязь характеристик светил отображена на диаграмме Герцшпрунга-Расела.

Диаграмма Герцшпрунга – Рассела

Как видно, спектральные классы отличаются между собой набором характеристик.

Как определить и в чем измеряется температура звезд

Стоит отметить, что для данной характеристики используют эффективную величину нагретости тела. Другими словами, насколько горячий объект, настолько он излучает энергию. В случае со звёздными телами, их накал даёт характеристику светимости.

А вот для определения эффективной температуры звезд применяют закон Стефана-Больцмана. Он гласит, что мощность излучения нагретого тела прямо пропорциональна площади поверхности и температуры четвёртой степени.

где σ – это постоянный коэффициент 5,7*10-8,

S – площадь, а P – излучаемая мощность.

На самом деле, определяется температура звезд в Кельвинах (К). Правда, можно перевести в градусы Цельсия (С).

Какие температуры поверхности могут иметь звезды

По оценке учёных, показатели отдельных светил разные. Более холодные обладают теплом 2000-5000 К, средняя температура (у жёлтых и оранжевых) тел составляет 5000-7500 К, а горячие представители достигают значений 7500-80000 К.

Наос (самая горячая звезда)

Какие звезды имеют самую низкую температуру

Наименьшую температуру поверхности имеют звезды красных цветов. Правда, называть их холодными не совсем точно. Потому как их нагретость равняется 2000-3000К.

Звезда Барнарда (одна из самых холодных звёзд)

У какого типа звезд наибольшая температура

Как вы думаете, какая температура на поверхности самых горячих звезд?

Между прочим, наиболее жаркие светила имеют голубой или белый цвет. Хотя самый высокий уровень у синих. Только вдумайтесь, их уровень тепла может достигать 40000К.

Итак, мы выяснили, что температура и размеры звёзд могут быть разными. Вдобавок их характеристики связаны между собой.

Также очевидно, что температура в центре звезды отличается от температуры поверхности, которые они могут иметь. Это лишний раз доказывает, что каждый небесный объект уникален. Даже если одни его свойства схожи с другими телами, обязательно будет отличие в каком-либо другом параметре.

Как известно, температура внутри звезд очень высокая. Ведь благодаря ей и запускаются термоядерные реакции. При сжатии молекулярного облака гравитационными силами происходит нагрев, который при достаточной массе молекул всё увеличивается и увеличивается. Так, начинается синтез гелия из водорода или, проще говоря, рождается звезда.

Рождение звезды

Несмотря на то, что все облака состоят из молекул водорода, они отличаются друг от друга количеством его частиц. В итоге получается разная масса протозвезд. Хотя процесс формирования светил примерно одинаковый.

Главным образом, температура звезд повышается при их начальном образовании, а затем при реакциях, происходящих в их ядре. В свою очередь, тепло, производимое в центральной части светила, поднимается и в его верхние слои (то есть на поверхность). А так как у разных тел она разная в недрах, соответственно, она отличается и на поверхности.

Структура звезды

От чего зависит температура звезды

В действительности, она обуславливается двумя основными факторами.

Во-первых, уровнем производимой ядром энергии. По данным учёных, ядро разогревается до 15 млн градусов. Однако излучается только тепло, полученное в результате термоядерных реакций. А вот энергия от гравитационного сжатия остаётся в самом центре. Таким образом, температура поверхности звезд напрямую зависит от силы внутренних процессов, а также какие элементы в них задействованы. Например, если происходит синтез не только гелия из водорода, но и синтез с участием тяжёлых элементов, то и излучающая энергия будет в разы больше. Как следствие, поверхностный нагрев увеличится.

А во-вторых, важное значение имеет площадь поверхности, которая излучает внутреннюю энергию. Дело в том, что звёздные объекты производят и в то же время отдают энергию в космическое пространство. И сколько они её отдадут, зависит от внешней оболочки, то есть от излучаемой поверхности.

Когда у звёзд расширяются внешние границы, увеличивается и ядро. А чем оно плотнее, тем горячее. Но так лишь внутри, а снаружи (в фотосфере) такие звезды имеют низкую температуру. Проще говоря, чем больше площадь, тем больше энергетический расход.

Помимо этого, прослеживается связь размеров, масс, светимостей и температур звёздных объектов. К примеру, чем массивнее звёздное тело, тем выше его светимость, а значит и нагрев. Стоит отметить, что температура звезды определяет её цвет. Взаимосвязь характеристик светил отображена на диаграмме Герцшпрунга-Расела.

Диаграмма Герцшпрунга – Рассела

Как видно, спектральные классы отличаются между собой набором характеристик.

Как определить и в чем измеряется температура звезд

Стоит отметить, что для данной характеристики используют эффективную величину нагретости тела. Другими словами, насколько горячий объект, настолько он излучает энергию. В случае со звёздными телами, их накал даёт характеристику светимости.

А вот для определения эффективной температуры звезд применяют закон Стефана-Больцмана. Он гласит, что мощность излучения нагретого тела прямо пропорциональна площади поверхности и температуры четвёртой степени.

где σ – это постоянный коэффициент 5,7*10-8,

S – площадь, а P – излучаемая мощность.

На самом деле, определяется температура звезд в Кельвинах (К). Правда, можно перевести в градусы Цельсия (С).

Какие температуры поверхности могут иметь звезды

По оценке учёных, показатели отдельных светил разные. Более холодные обладают теплом 2000-5000 К, средняя температура (у жёлтых и оранжевых) тел составляет 5000-7500 К, а горячие представители достигают значений 7500-80000 К.

Наос (самая горячая звезда)

Какие звезды имеют самую низкую температуру

Наименьшую температуру поверхности имеют звезды красных цветов. Правда, называть их холодными не совсем точно. Потому как их нагретость равняется 2000-3000К.

Звезда Барнарда (одна из самых холодных звёзд)

У какого типа звезд наибольшая температура

Как вы думаете, какая температура на поверхности самых горячих звезд?

Между прочим, наиболее жаркие светила имеют голубой или белый цвет. Хотя самый высокий уровень у синих. Только вдумайтесь, их уровень тепла может достигать 40000К.

Итак, мы выяснили, что температура и размеры звёзд могут быть разными. Вдобавок их характеристики связаны между собой.

Также очевидно, что температура в центре звезды отличается от температуры поверхности, которые они могут иметь. Это лишний раз доказывает, что каждый небесный объект уникален. Даже если одни его свойства схожи с другими телами, обязательно будет отличие в каком-либо другом параметре.

Вещество нашей Вселенной структурно организовано и образует большое многообразие феноменов различного масштаба с весьма сильно разнящимися физическими свойствами. Одно из важнейших таких свойств – температура. Зная этот показатель и используя теоретические модели, можно судить о многих характеристиках того или иного тела – о его состоянии, строении, возрасте.

Разброс значений температуры у различных наблюдаемых компонентов Вселенной весьма велик. Так, самая низкая величина ее в природе зафиксирована для туманности Бумеранг и составляет всего 1 K. А каковы самые высокие температуры во Вселенной, известные на сегодняшний день, и о каких особенностях различных объектов свидетельствуют? Для начала посмотрим, как же ученые определяют температуру удаленных космических тел.

Спектры и температура

Всю информацию о далеких звездах, туманностях, галактиках ученые получают, исследуя их излучение. По тому, на какой частотный диапазон спектра приходится максимум излучения, определяется температура как показатель средней кинетической энергии, которой обладают частицы тела, – ведь частота излучения связана прямой зависимостью с энергией. Так что самая высокая температура во Вселенной должна отражать, соответственно, и наибольшую энергию.

Чем более высокими частотами характеризуется максимум интенсивности излучения, тем горячее исследуемое тело. Однако полный спектр излучения распределен по очень широкому диапазону, и по особенностям видимой его области («цвету») можно делать определенные общие выводы о температуре, например, звезды. Окончательная же оценка производится на основе изучения всего спектра с учетом полос эмиссии и поглощения.

Спектральные классы звезд

На основе спектральных особенностей, включая цвет, была разработана так называемая Гарвардская классификация звезд. Она включает семь основных классов, обозначаемых буквами O, B, A, F, G, K, M и несколько дополнительных. Гарвардская классификация отражает поверхностную температуру звезд. Солнце, фотосфера которого разогрета до 5780 K, относится к классу желтых звезд G2. Наиболее горячи голубые звезды класса O, самые холодные – красные – принадлежат классу M.

Гарвардскую классификацию дополняет Йеркская, или классификация Моргана-Кинана-Келлман (МКК – по фамилиям разработчиков), подразделяющая звезды на восемь классов светимости от 0 до VII, тесно связанных с массой светила – от гипергигантов до белых карликов. Наше Солнце – карлик класса V.

Примененные совместно, в качестве осей, по которым отложены значения цвет – температура и абсолютная величина – светимость (свидетельствующая о массе), они дали возможность построить график, широко известный как диаграмма Герцшпрунга-Рассела, на котором отражены главные характеристики звезд в их взаимосвязи.

Самые горячие звезды

Из диаграммы явствует, что наиболее горячими являются голубые гиганты, сверхгиганты и гипергиганты. Это чрезвычайно массивные, яркие и короткоживущие звезды. Термоядерные реакции в их недрах протекают очень интенсивно, порождая чудовищную светимость и высочайшие температуры. Такие звезды относятся к классам B и O либо к особому классу W (отличается широкими эмиссионными линиями в спектре).

Например, Эта Большой Медведицы (находится на «конце ручки» ковша) при массе, в 6 раз превышающей солнечную, светит в 700 раз мощнее и имеет поверхностную температуру около 22 000 K. У Дзеты Ориона – звезды Альнитак, – которая массивнее Солнца в 28 раз, внешние слои нагреты до 33 500 K. А температура гипергиганта с наивысшей известной массой и светимостью (как минимум в 8,7 миллионов раз мощнее нашего Солнца) – R136a1 в Большом Магеллановом облаке – оценена в 53 000 K.

Однако фотосферы звезд, как бы сильно разогреты они ни были, не дадут нам представления о самой высокой температуре во Вселенной. В поисках более жарких областей нужно заглянуть в недра звезд.

Термоядерные топки космоса

В ядрах массивных звезд, стиснутых колоссальным давлением, развиваются действительно высокие температуры, достаточные для нуклеосинтеза элементов вплоть до железа и никеля. Так, расчеты для голубых гигантов, сверхгигантов и очень редких гипергигантов дают для этого параметра к концу жизни звезды порядок величины 109 K – миллиард градусов.

Строение и эволюция подобных объектов пока еще недостаточно хорошо изучены, соответственно и модели их еще далеко не полны. Ясно, однако, что очень горячими ядрами должны обладать все звезды больших масс, к каким бы спектральным классам они ни принадлежали, – например, красные сверхгиганты. Несмотря на несомненные различия в процессах, протекающих в недрах звезд, ключевым параметром, определяющим температуру ядра, является масса.

Звездные остатки

От массы в общем случае зависит и судьба звезды – то, как она окончит свой жизненный путь. Маломассивные звезды типа Солнца, исчерпав запас водорода, теряют внешние слои, после чего от светила остается вырожденное ядро, в котором уже не может идти термоядерный синтез, – белый карлик. Наружный тонкий слой молодого белого карлика обычно имеет температуру до 200 000 K, а глубже располагается изотермическое ядро, нагретое до десятков миллионов градусов. Дальнейшая эволюция карлика заключается к его постепенному остыванию.

Далекие экзотические объекты

Существует класс космических объектов, достаточно удаленных (а значит, и древних), характеризующихся совершенно экстремальными температурами. Это квазары. По современным воззрениям, квазар представляет собой сверхмассивную черную дыру, обладающую мощным аккреционным диском, образуемым падающим на нее по спирали веществом – газом или, точнее, плазмой. Собственно, это активное галактическое ядро в стадии формирования.

Скорость движения плазмы в диске настолько велика, что вследствие трения она разогревается до сверхвысоких температур. Магнитные поля собирают излучение и часть вещества диска в два полярных пучка – джета, выбрасываемых квазаром в пространство. Это чрезвычайно высокоэнергетический процесс. Светимость квазара в среднем на шесть порядков выше светимости самой мощной звезды R136a1.

Теоретические модели допускают для квазаров эффективную температуру (то есть присущую абсолютно черному телу, излучающему с той же яркостью) не более 500 миллиардов градусов (5×1011 K). Однако недавние исследования ближайшего квазара 3C 273 привели к неожиданному результату: от 2×1013 до 4×1013 K – десятки триллионов кельвинов. Такая величина сравнима с температурами, достигающимися в явлениях с наивысшим известным энерговыделением – в гамма-всплесках. На сегодняшний день это самая высокая температура во Вселенной, которая была когда-либо зарегистрирована.

Жарче всех

Следует иметь в виду, что квазар 3С 273 мы видим таким, каким он был около 2,5 миллиарда лет назад. Так что, учитывая, что, чем дальше мы заглядываем в космос, тем более отдаленные эпохи прошлого наблюдаем, в поисках самого горячего объекта мы вправе окинуть взглядом Вселенную не только в пространстве, но и во времени.

Если вернуться к самому моменту ее рождения – приблизительно 13,77 миллиарда лет назад, наблюдать который невозможно, – мы обнаружим совершенно экзотическую Вселенную, при описании которой космология подходит к пределу своих теоретических возможностей, связанному с границами применимости современных физических теорий.

Описание Вселенной становится возможным, начиная с возраста, соответствующего планковскому времени 10-43 секунд. Самый горячий объект в эту эпоху – сама наша Вселенная, с планковской температурой 1,4×1032 K. И это, согласно современной модели ее рождения и эволюции, максимальная температура во Вселенной из всех когда-либо достигавшихся и возможных.

Марина Сергеевна продолжает знакомить вас с важными темами из раздела “Астрономия”.

Температура звезды

Первые попытки определения температуры звезды дали реальные результаты после открытия закона Вина, согласно которому температура звезд имеет прямую связь с длиной волны, которая была установлена с помощью диаграммы распределения интенсивности излучения по длинам волн.

Помимо этого взаимосвязь температуры и длины световой волны была подтверждена законом Стефана-Больцмана, который определяет энергию, излучаемую нагретым телом с единицы площади поверхности.

С помощью закона Стефана-Больцмана и закона Вина была определена температура поверхности (фотосферы) Солнца: 6000 К и 5800 К (расхождение межу данными числовыми значениями незначительно).

Закон Вина

Закон Стефана-Больцмана

Спектральная, или гарвардская классификация звезд

Открытие в физике метода спектрального анализа, который позволял определять химический состав вещества по его спектру, открыло для астрофизики широкие возможности, в частности, спектральный анализ был движущей силой для изучения химического состава звезд. В результате после анализа полученных спектров звезд было принято выделять несколько спектральных классов. Наиболее популярной и часто используемой является классификация, разработанная в университете США. Спектральные классы в этой классификации обозначены буквами латинского алфавита в следующем порядке:

Внутри каждого класса вводится еще 10 подклассов, которые обозначаются цифрами от 0 до 9, цифры ставятся после буквы (например, А0, А1, А3 …или G1,G2… G9). Так составляется главная последовательность подклассов.

В зависимости от спектрального класса звезды различают горячие звезды – звезды классов O,B,A; холодные звезды – звезды классов К, М.

Правило для запоминания:

для запоминания последовательности спектральных классов используется несколько шутливых фраз на английском языке: “Oh Be A Fine Girl Kiss Me” и на русском языке: “ОБа Фазана Желтой Краской Мазанные Рядом Надутые Сидят”.

Но в конечном итоге спектральная классификация ориентируется на интенсивность спектральных линий и молекулярных полос. С точки зрения физики, в основе спектральной классификации лежит температурная классификация звезд, т.е. внешний вид спектра звезды зависит от температуры поверхности звезды.

В тоже время спектральная последовательность звезд представляет собой определенную цветовую последовательность звезд, так как цвет звезды определяется ее температурой. При разных температурах максимум интенсивности излучения спектра приходится на разные температурные участки (на разные длины волн) и в случае, когда звезда излучает свет с одинаковой интенсивностью по всем длинам волн, ее цвет будет белым.

Кривая распределения интенсивности излучения по длине волны согласно закону Вина

Если же максимум излучения находится в красной части спектра, тогда звезда будет красного цвета; максимум излучения в голубой части спектра – звезда будет голубого цвета; и, наконец, наше Солнце – звезда спектрального класса G: максимум интенсивности излучения приходится на желтой части спектра, поэтому Солнце имеет желтый цвет.

Температуру звезды и следовательно ее спектральный класс можно оценить даже по внешнему виду спектрограммы без фотометрических измерений.

Соответствие между цветом звезды и ее спектральным классом

Температура и спектральный класс звезды

Спектральный класс звезды на диаграмме “спектр – светимость”

На диаграмме в нижней ее части расположена горизонтальная ось, на которой указаны спектральные классы и соответствующие им температуры.

Диаграмма Герцшпрунга – Рассела или диаграмма “спектр – светимость”

Для определения спектрального класса звезды с помощью данной диаграммы необходимо на плоскости диаграммы найти тип звезды (белый карлик, звезда главной последовательности или гигант, сверхгигант) и ее положение, а затем провести от нее перпендикулярную линию на горизонтальную ось, которая называется “Температура поверхности, К”. На этой же оси находится информация о спектральном классе изучаемой звезды. Таким образом, умело работая с диаграммой Герцшпрунга – Рассела, можно определить температуру и спектральный класс звезды.

Источник

CheckTests

Создай свой урок с применением ПК

§ 23. Температура и размеры звёзд

1. Температура звёзд. В первом приближении можно считать, что звёзды излучают как абсолютно чёрные тела. Температуру Т поверхности (фотосферы) звёзд можно определить, воспользовавшись законом Стефана — Больцмана, так же, как мы это уже делали при определении температуры Солнца (см. § 18):

Звёзды имеют разный цвет и температуру

Температуры звёзд сильно различаются. Холодные красные звёзды имеют температуру около 3000 К. Солнце с температурой фотосферы 6000 К относится к жёлтым карликам. Температура самых горячих звёзд достигает 100 000 К. Основная часть излучения горячих звёзд приходится на ультрафиолетовую часть спектра, и мы их воспринимаем как звёзды голубого цвета.

2. Спектральная классификация звёзд. Звёзды отличаются большим разнообразием, однако среди них можно выделить отдельные группы, обладающие общими свойствами.

Спектральные классы звёзд

В Гарвардской обсерватории (США) в 20-е гг. ХХ в. была разработана классификация спектров звёзд, в которой последовательность спектральных классов обозначается заглавными буквами латинского алфавита. Основные характеристики спектральных классов помещены на форзаце 4. Тонкие различия внутри каждого класса дополнительно подразделяют на 10 подклассов — от 0 до 9. Например, Солнце принадлежит к спектральному классу G2.

Данная последовательность спектральных классов отражает уменьшение температуры атмосфер (фотосфер) звёзд от класса О к классу L. Спектральная последовательность одновременно является и цветовой: звёзды класса О имеют голубоватый цвет, класса В — голубовато-белый, А — белый и т. д. Для запоминания этой последовательности используется следующая фраза (мнемоническое правило):

Химический состав атмосфер большинства звёзд почти одинаков. Наружные слои звёзд состоят из водородно-гелиевой смеси с очень малой добавкой более тяжёлых элементов. Например, аналогично Солнцу другие звёзды содержат в своих атмосферах 73 % водорода, 25 % гелия и 2 % всех остальных элементов.

Различия в спектрах звёзд определяются главным образом различиями температуры. В фотосферах холодных звёзд могут существовать простейшие молекулы. Поэтому характерными деталями спектров звёзд классов М и L являются широкие полосы поглощения молекул, например CrH. При более высоких температурах молекулярные соединения распадаются. В таких спектрах пропадают спектральные полосы молекулярных соединений, зато появляются линии, соответствующие нейтральным металлам. Таким образом, спектральная классификация звёзд — это температурная классификация звёздных спектров, основанная на оценках относительной интенсивности и вида спектральных линий. В настоящее время спектральной классификацией охвачено более 500 тыс. звёзд.

3. Размеры звёзд. Линейный радиус R звезды можно определить, если известны её угловой радиус ρ» и расстояние до звезды r или годичный параллакс p» по формуле R = r • sin (ρ»).

Так как ​ \( r=\frac<206265»> <\pi»>\) ​ а. е., для углового радиуса ​ \( sin(ρ»)=\frac<ρ»> <206265»>\) ​, то имеем ​ \( R=\frac<ρ»><\pi»>a.e. \) ​

Линейные радиусы звёзд принято выражать в радиусах Солнца. В радиусах Солнца

Используя это соотношение, получим формулу для определения линейных радиусов звёзд в радиусах Солнца в следующем виде:

Звёзды настолько далеки от нас, что их угловые размеры меньше предела разрешения крупнейших телескопов. Для ярких близких звёзд угловой радиус находят по интерференционной картине, которая получается в результате перекрытия изображений звезды, при помощи двух широко расставленных телескопов. Например, с помощью оптического интерферометра, состоящего из двух сферических зеркал диаметром 6,6 м каждое, разнесённых на максимальное расстояние 180 м, удалось измерить угловой диаметр в Ориона. Он оказался равным 0,00072″, а так как годичный параллакс звезды равен ρ» = 0,0024″, то ​ \( R=215*\frac<0.00036»><0.0024»>=32R \). ​

Радиусы звёзд могут быть вычислены по их мощности излучения (светимости) и температуре. Запишем значение полной мощности излучения для какой-либо звезды и для Солнца:

где L и L _{\( \bigodot \)} , R и R _{\( \bigodot \)} , T и T _{\( \bigodot \)} — соответственно светимости, линейные радиусы и абсолютные температуры звезды и Солнца. Принимая L _{\( \bigodot \)} = 1 и R _{\( \bigodot \)} = 1, получим:

или окончательно в линейных радиусах Солнца:

формула (2).

Диаметры звёзд сильно отличаются: от размеров, сравнимых с большой полуосью орбиты Юпитера (красные сверхгиганты), до размеров Земли (белые карлики) или даже до нескольких километров у нейтронных звёзд (рис. 124).

Рисунок 124 — Размеры некоторых звёзд в сравнении с размерами Земли (на рисунке слева) и Солнца (на рисунке справа)

Сравнительные размеры звёзд

Контрольные вопросы и задания

Источник

Температура и размеры звезд

Различия в спектрах звезд заключаются в разном распределении яркости вдоль непрерывного спектра и в том, что положение и интенсивность темных линий на фоне этого непрерывного спектра различны.

Характер спектров звезд определяется главным образом температурами их атмосфер, потому что спектры атомов всякого химического элемента меняются при сильном изменении температуры.

Сравнивая Солнце по спектру и по температуре со звездами, мы приходим к заключению, что Солнце является желтой звездой средней температуры (6000° С).

Кроме различия в температурах по спектрам звезд, обнаруживают и некоторые различия в их химическом составе, который у всех звезд в общем сходен и близок к химическому составу Солнца и Земли. Изучая звездные спектры, мы обнаруживаем на звездах те же химические элементы, которые нам известны на Земле и на Солнце. Это подтверждает материальное единство вещества, из которого состоят Земля и другие небесные тела, и опровергает религиозные утверждения о различии между земным и небесным.

Наука располагает сейчас несколькими способами определения размеров звезд. Одни из них мы поясним на таком примере.
Известно, что количество энергии, испускаемое квадратным сантиметром поверхности, растет с ее температурой. Полное излучение звезды разно количеству энергии, излучаемой одним квадратным сантиметром поверхности, умноженному на величину ее поверхности. Поэтому если какая-нибудь звезда имеет ту же температуру и светимость, как наше Солнце, то мы можем утверждать, что и размер поверхности (а следовательно, и диаметр) у звезды тот же, что и у Солнца.

К красным звездам-гигантам принадлежат Бетельгейзе и Антарес. Диаметр первой из них примерно в 400, а второй в 300 раз больше диаметра Солнца. Внутри звезды Бетельгейзе могли бы уместиться орбиты всех планет солнечной системы до Марса включительно. Газ, из которого состоят красные звезды-гиганты, очень разрежен; его плотность в тысячи раз меньше плотности комнатного воздуха.
Красные звезды-карлики глазом не видны. Одна из них, очень близкая к нам звезда (№ 60 по каталогу Крюгера), в 2,5 раза меньше Солнца по диаметру. Газы, из которых она состоит, сжаты так сильно, что их средняя плотность в 4,5 раза больше плотности воды и втрое больше плотности Солнца.

Чем меньше размеры звезд, тем в большем числе они встречаются в мировом пространстве; огромные же красные звезды-гиганты попадаются очень редко. По своим размерам Солнце является рядовой звездой, не особенно большой, но и не очень маленькой.
Существуют звезды, которые по светимости принадлежат к звездам-карликам, имеют белый цвет и высокую температуру. По размерам белые звезды-карлики являются наименьшими из звезд (иногда даже меньше Земли). Примером белого карлика является спутник Сириуса. Эта слабая звезда обращается около Сириуса подобно планете, однако ее масса почти равна массе Солнца, и она (звезда) излучает собственный свет.

Средняя плотность белых звезд-карликов необычно высока: она в тысячи раз превосходит плотность воды. Плотность одной белой звезды-карлика так велика, что, если бы ее веществом наполнить наперсток, он смог бы уравновесить паровоз (плотность 5*10^7 г/см^3).

На Земле мы не знаем веществ, которые имели бы такую чудовищную плотность. Между тем белые карлики состоят из атомов тех же самых химических элементов, что и Земля. Решить эту загадку можно, исходя из строения атомов вещества и физических условий внутри звезд.

Массы звезд-гигантов больше, чем массы звезд-карликов, но различия эти не так велики, как различия в светимости. Массы тяжелых звезд раз в 10 больше массы Солнца. Крайне редки звезды с массами в несколько десятков масс Солнца. Следовательно, по своей массе Солнце тоже является средней звездой.

Источник