Связь между физическими характеристиками звезд

Диаграмма Герцшпрунга - Ресселла
В 1911г Эйнар Герцшпрунг (1873-1967, Голландия) установил зависимость светимости звезд с их спектральными классами, сопоставляя данные наблюдений.
В 1913г Генри Норрис Рессел (1877-1957, США) также установил данную зависимость и представил ее графически.
Зависимость «спектр-светимость» носит название диаграммы Герцшпрунга-Рессела.

Диаграмма «спектр-светимость»
Главная последовательность:
- это последовательность звезд разной массы. Самые большие (голубые гиганты) расположены в верхней части, а самые маленькие звезды – карлики – в нижней части главной последовательности
- это нормальные звезды похожие на Солнце в которых водород сгорает в термоядерной реакции.
Красные гиганты и сверхгиганты располагаются над главной последовательностью справа, белые карлики – под ней слева,
поэтому начало левой части главной последовательности представлена голубыми звёздами с массами ~50 солнечных, конец правой — красными карликами с массами ~0.08 солнечных.
Существование главной последовательности связано с тем, что стадия горения водорода составляет ~90 % времени эволюции большинства звёзд.
Диаграмма показывает зависимость между абсолютной звёздной величиной, светимостью, спектральным классом и температурой поверхности звезды.

Диаграмма и внутреннее строение звезд
Около 90 % звёзд находятся на главной последовательности. Их светимость обусловлена ядерными реакциями превращения водорода в гелий. Выделяется также несколько ветвей проэволюционировавших звёзд — гигантов, в которых происходит горение гелия и более тяжёлых элементов. В левой нижней части диаграммы находятся полностью проэволюционировавшие белые карлики.

Светимость и размер звезд
По распределению звезд в соответствии с их светимостью и температурой на диаграмме Герцшпрунга–Рассела выделены следующие классы светимости:
сверхгиганты – I класс;
яркие гиганты – II класс;
гиганты – III класс;
субгиганты – IV класс;
главной последовательности – V класс;
субкарлики – VI класс;
белые карлики – VII класс.
Солнце – звезда G2V.
Расстояние до звезды r, абсолютная звездная величина М и видимая звездная величина m связаны простой формулой:
M = m + 5 - 5lg r

Зависимость «масса-светимость» и эволюция
L≈m3,9
В 1911–24гг астрономы Г. Рассел, Э. Герцшпрунг и А. Эддингтон установили, что для звезд главной последовательности существует связь между светимостью L и массой М, и построили диаграмму масса–светимость. Приближенно зависимость “масса- светимость” выражается отношением
< 0,05 М◉ - водород не загорается и протозвезда даже не переходят на главную последовательность.
0,05 – 0,5 М◉ = протозвезда – главная последовательность (10 –18 млрд. лет) –КОРИЧНЕВЫЙ КАРЛИК.
0,5 – 1,5 М◉ = протозвезда – главная последовательность (10 млрд. лет) – красный гигант – новая - БЕЛЫЙ КАРЛИК.
3,0 – 7,0 М◉ = протозвезда - главная последовательность (0,5 млрд. лет) - СВЕРХНОВАЯ - НЕЙТРОННАЯ ЗВЕЗДА.
7,0 – 15,0 М◉ = протозвезда - главная последовательность (40 млн.лет) - СВЕРХНОВАЯ - ЧЁРНАЯ ДЫРА.
20 – 30 М◉ = превращается в ЧЁРНУЮ ДЫРУ.
Скорость эволюции звезды определяется ее массой
Звезда на главной последовательности находится пока внутри происходит термоядерная реакция, что зависит от массы и химического состава. Время жизни на главной последовательности самое долгое в эволюции. Для звезд разной массы:
M=0,8M◉ τ=20 млрд.лет
M=M◉ τ=10 млрд.лет
M=1,5M◉ τ=1,5 млрд.лет
M=2,0M◉ τ=0,8 млрд.лет
M=5,0M◉ τ=78 млн.лет
M=15M◉ τ=11 млн.лет
M=20M◉ τ=10 млн.лет

Стадии эволюции звезды после ухода с главной последовательности тоже короткие. Типичные звезды, как Солнце, становятся красными гигантами,
очень массивные – красными сверхгигантами.
Звезда быстро увеличиваются в размере и ее светимость возрастает, что и отражено на диаграмме.
Эволюция звезд типа Солнца

Положение звезды на диаграмме Герцшпрунга-Рассела изменяется в зависимости от возраста звезды. Звезды большой массы (сверхгиганты) быстро расходуют свою энергию, эволюционируя за сотни миллионов лет. Поэтому голубые сверхгиганты являются молодыми звездами.
Эволюция звезд большой массы