Физический энциклопедический словарь - звёзды

Осн. параметрами состояния З. явл. светимость L, масса M} и радиус R. Их численные значения принято выражать в солн. ед. (Lсолн=3,86•10³³ эрг/с,

Mсолн=1,99•10³³ г, Rсолн=6,96•10¹⁰ см). Значения масс З. заключены в пределах от ~0,03 до ~60Mсолн. Светимости стационарных З. лежат в интервале от ~10^-4 до 10⁵ lсолн, а радиусы — от ~10 км (нейтронные звёзды) до —10³ rсолн (сверхгиганты). З. представляют

большой интерес для физики, т. к. в них реализуются условия, недостижимые в земных лабораториях (темп-ры до 10⁹ К, плотности до 10¹⁴ г/см³, магн. поля напряжённостью до 10¹⁴ Э), и наблюдаются характерные для этих условий процессы. Огромную информацию даёт изучение спектров З. (определение их хим. состава, темп-ры поверхности, магн. полей, скоростей движения и вращения, расстояний до З.).

З. по состоянию в-ва в недрах разделяют на три главные группы: 1) нормальные З., гидростатич. равновесие к-рых поддерживается давлением классической идеальной плазмы, существующей благодаря термич. ионизации атомов (эффекты неидеальности становятся важными только в З. малой массы 0,5Mсолн); 2) белые карлики, к-рые удерживаются в равновесии фермиевским давлением эл-нов вырожденной плазмы (ионизованной даже при низких темп-pax давлением); 3) нейтронные З. с высокой ср. плотностью (10¹² г/см³), при к-рой ферми энергия эл-нов столь высока, что энергетически выгоден процесс нейтронизации вещества, т. е. слияние протонов и эл-нов, из-за чего в-во внеш. слоев З. состоит из ядер, обогащённых нейтронами, а внутренних — из свободных нейтронов (с малой примесью протонов и эл-нов).

Осн. источник излучения З. (фотонного и нейтринного, а также корпускулярного) — реакции термояд. синтеза (см. Термоядерные реакции). На непродолжит. стадиях перехода от одной реакции к другой, сопровождающихся сжатием З., существенным становится также выделение потенциальной гравитац. энергии. Наиболее энергетически эфф. процессом, идущим при самой низкой темп-ре (~10⁷ К), явл. процесс превращения водорода в гелий. Поскольку водородный цикл реакций обязательно содержит к.-л. реакцию, идущую по слабому взаимодействию, этот процесс явл. и самым медленным. Поэтому б. ч. наблюдаемых З. находится в стадии водородного горения в центре. При данном хим. составе условия теплового и механич. равновесия дают для этих З. однозначную

связь светимости, массы и радиуса. Вследствие этого на диаграммах «светимость — темп-pa поверхности» и «масса — радиус» большинство З. группируется вдоль определ. линии, т.н. главной последовательности. После выгорания водорода в центре, сжатия ядра и повышения его темп-ры (см. Вириала теорема) становится возможным (при достаточно большой массе З.) горение всё более тяжёлых элементов (повышение темп-ры создаёт условия для преодоления более высокого, чем у водорода, кулоновского барьера при слиянии тяжёлых ат. ядер).

Б. ч. своей жизни З. находятся в стационарном состоянии (напр., светимость Солнца примерно постоянна уже неск. млрд. лет). Равновесность З. при непрерывной потере энергии обусловлена сильным различием характерных времён протекающих в них процессов. Время установления механич. равновесия определяется отношением (радиус/ср. скорость звука), равным 10³•^-1/2с (для Солнца ~1 ч); время диффузии фотонов от центра к поверхности определяется отношением (гравитац. энергия/светимость), равным для Солнца ~3•10⁷ лет; время термояд. эволюции ~10^-3M с²/L (для Солнца ~10¹⁰ лет).

Нарушение механич. равновесия, напр. снижение давления в З., приводит к сжатию З. и превращению части гравитац. энергии в теплоту. В результате внутр. давление возрастает, механич. равновесие восстанавливается. З. представляют собой, т. о., саморегулирующуюся систему. Если устойчивость З. нарушается, она становится нестационарной. Различные виды нестационарности имеют своё характерное время и могут проявляться в виде автоколебаний (цефеиды), гравитационного коллапса и др. При неустойчивости теплового равновесия нестационарность проявляется в виде вспышки с характерным временем диффузии фотонов. На поздних стадиях эволюции ядра З. становятся компактными, характерные времена сближаются, картина эволюции усложняется. Амплитуда проявлений нестационариости может быть самой разной: от долей процента при слабых пульсациях до вспышек с увеличением светимости в ~10¹⁰ раз у сверхновых звёзд. У большинства З. малой массы наблюдаются также вспышки, не связанные с их внутр. равновесием. Они происходят в верхних слоях (атмосферах З.), по-видимому, из-за аннигиляции в к.-л. области атмосферы противоположных по направлению магн. полей (аналогично хромосферным вспышкам на Солнце).

Общая картина эволюции З. может быть охарактеризована след. образом: З. возникают в результате конденсации межзвёздных пыли и газа, богато-

197

го водородом (процесс звездообразования продолжается). Затем следует наиболее длит. стадия звёздной эволюции — период термояд. реакций превращения водорода в гелий в центре З. Когда водород в центре исчерпан, ядро сжимается и нагревается, а оболочка сильно расширяется, причём, несмотря на рост светимости, темп-ра поверхности падает — З. становится красным гигантом. После этого в ядре З. становится возможным термояд. загорание гелия и более тяжёлых элементов, сопряжённое в ряде случаев со сбросом водородной оболочки и образованием т. н. планетарной туманности. Остаток З. остывает, переходя в стадию белого карлика. В зависимости от нач. массы, а возможно и от момента вращения, З. могут закончить свою эволюцию взрывом сверхновой (с остатком в виде нейтронной звезды либо без остатка). Согласно общей теории относительности Эйнштейна, наиб. массивные З., если они сохранили свою массу вплоть до исчерпания термояд. горючего, должны коллапсировать в состояние чёрной дыры.

Справедливость осн. положений теории строения и эволюции З. подтверждается успешным объяснением: зависимости светимость — спектр. класс и др. закономерностей для З. главной последовательности; распространённости разных типов З.; пульсаций цефеид и др. Термояд. эволюция подтверждается распространённостью хим. элементов, а также наличием гелиевых З., углеродных З. и др. с аномалиями хим. состава на поздних стадиях. Теория предсказала подтверждающуюся наблюдениями зависимость масса — радиус для белых карликов, а также существование нейтронных З., открытых в виде пульсаров.

• Звезды и звездные системы, под ред. Д. Я. Мартынова, М., 1981; Зельдович Я. Б., Блинников С. И., Ш а к у р а Н. И., Физические основы строения и эволюции звезд, М., 1981; Зельдович Я. В., Новиков И. Д., Теория тяготения и эволюция звезд, М., 1971; Шкловский И. С., Звезды. Их рождение, жизнь и смерть, 2 изд., М., 1977; К а п л а н С. А., Физика звезд, 3 изд., М., 1977; Тейлер Р., Строение и эволюция звезд, пер. с англ., М., 197З. С. И. Блинников.