Классификация звёзд. Часть 2 – классы светимости.

В первой части статьи, где рассматривалась спектральная классификация звёзд по температуре, я уже упоминал о том, что классификация по температуре дополняется классификацией по светимости (т.е. мощности излучения), но не объяснил зачем. Так вот, дело в том, что если рассматривать все характеристики звезды в целом, то среди них нет ни одной такой, по которой звёзды различались бы сильнее всего, чем по светимости. И действительно, как уже говорилось в 1-ой части статьи − по химическому составу большинство звёзд практически идентичны, а по температуре фотосферы самые холодные и самые горячие звёзды различаются где-то в 40 раз. По массе подавляющее большинство звёзд различается не более чем в 1000 раз; по размерам разница уже может составлять сотни тысяч раз; но вот по светимости разница бывает более чем в 10 миллиардов раз.

Таким образом, становится понятно, что температурной классификации недостаточно для описания звезды, поскольку звёзды одного спектрального класса могут очень сильно различаться в светимости. К тому же светимость – весьма универсальный параметр, из которого можно получить исчерпывающую информацию. Поскольку величина светимости зависит от нескольких других параметров звезды. В первую очередь от температуры и площади поверхности (т.е. от размера), а также от содержания тяжёлых элементов в звезде. Звёзды разного размера и массы, но одного спектрального класса, будут иметь различную плотность атмосферы. И эта разница в плотности также отразится на виде линий в исследуемом спектре звезды. На основании этих данных можно будет присвоить звезде соответствующий класс светимости.

Перед тем как перейти непосредственно к рассмотрению существующих классов светимости, нельзя не упомянуть про такую вещь, как диаграмма Герцшпрунга – Рассела (Г−Р). Данная диаграмма устанавливает зависимость между температурой звезды (горизонтальная ось) и её светимостью (вертикальная ось). Очень наглядно показывает как спектральные классы, так и классы светимости, которые образуют различные группы звёзд. Хотя вообще оси на этой диаграмме могут представляться разными величинами. По горизонтали вместо температуры может быть ось, на которой отложены значения показателя цвета звезды. Но он, как известно, и зависит от температуры, так что суть одна, просто параметры разные. По вертикальной оси вместо величины светимости в светимостях Солнца может быть указана абсолютная визуальная звёздная величина или абсолютная болометрическая звёздная величина. Но это опять же связанные друг с другом величины, так что опять же, суть не меняется.

В зависимости от того какие оси применяются в диаграмме, она может называться: диаграмма цвет – светимость; спектр – светимость; цвет – звёздная величина и т.д. Данную диаграмму можно составить как для всех звёзд в целом, так и для какого-то конкретного места в Галактике, например для какого-либо шарового скопления; для окрестностей Солнца и т.д. Классы светимости в статье будут рассмотрены на примере диаграммы, показывающей спектральный класс, температуру и светимость в видимом спектре вместе с соответствующей абсолютной визуальной звёздной величиной.

Перейдём теперь к классам светимости: они обозначаются римскими цифрами от 0 до VII и ставятся после спектрального класса (например, Солнце имеет спектральный класс G2 и класс светимости V (G2V)). У некоторых звёзд класс светимости иногда дополняется подклассами, которые обозначаются строчными буквами − a (самые яркие); ab (промежуточная яркость) и b (умеренная яркость), например у Полярной звезды F7Ib.

Класс светимости VII

Это последовательность белых карликов (white dwarfs), которые расположены в левой нижней части диаграммы. Представляют собой ядра уже проэволюционировавших звёзд малой и умеренной массы, для них характерна высокая температура (десятки тысяч градусов), но из-за очень малого размера (а соответственно и площади поверхности) сравнимого с размерами планет, их светимость очень мала. Несмотря на малые размеры, они обладают массой, сравнимой с солнечной, а иногда и больше, что указывает на их чудовищную плотность (порядка тонны на кубический сантиметр). Термоядерные реакции в белых карликах не идут, они светят за счёт накопленной энергии, которая постепенно расходуется. Примеры: Сириус В, Процион В.

Класс светимости VI

Субкарлики (subdwarfs). На диаграмме Г−Р эти звёзды находятся под звёздами главной последовательности (main sequence). Светимость субкарликов спектральных классов с G по М несколько меньше светимости звёзд главной последовательности в рамках тех же спектральных классов. Абсолютная визуальная звёздная величина примерно на 2 значения больше, чем таковая для звёзд главной последовательности. Объясняется это низким содержанием металлов в таких звёздах, что указывает, на то, что они довольно старые и существуют ещё со времён образования галактики. Много субкарликов находится в галактическом гало и шаровых скоплениях. Хотя попадаются они и в плоскости галактического диска, в том числе и в окрестностях Солнца. Также существуют аномальные субкарлики классов В и О. Примеры: Звезда Каптейна; Мю Кассиопеи.

Класс светимости V

Это главная последовательность (main sequence) также называется последовательностью карликов. Хотя сами по себе звёзды ранних спектральных классов (О, В), относящихся к этой последовательности карликами назвать язык не поворачивается. Они значительно больше Солнца, как по размеру, так и по массе. Именно с главной последовательности начинается жизненный путь любой звезды. На этой стадии происходит термоядерная реакция, в ходе которой водород в ядре звезды синтезируется в гелий. На главной последовательности звезда проводит большую часть жизни. К ней относится большинство звёзд. Она протянулась кривой через всю диаграмму из правого нижнего края в левый верхний. Примеры: Солнце, все звёзды системы Альфы Центавра, Сириус А, Вега и многие другие.

Класс светимости IV

Субгиганты (subgiants). Эти звёзды лежат чуть выше главной последовательности. Обычно звезда очень недолго по космическим меркам находится на этой последовательности, а у горячих массивных звёзд эта стадия выражена вообще очень слабо и практически не отличается по блеску от звёзд главной последовательности. В субгигантах запас водорода в ядре уже исчерпан, однако горение гелия ещё не началось (поскольку для этого нужнен сильный разогрев ядра). Когда ядро станет достаточно горячим для синтеза гелия, звезда расширяется и многократно прибавляет в светимости, переходя с ветви субгигантов на ветвь гигантов. Как пример, к субгигантам относится главная звезда системы Процион − Процион А.

Класс светимости III

Гиганты (giants). В эту последовательность преимущественно входят красные и оранжевые звёзды спектральных классов М и К высокой светимости (сотни солнечных) и значительных размеров (порой до нескольких сотен радиусов Солнца). Абсолютная визуальная звёздная величина гигантов Mv в среднем составляет от +1 до -1. У массивных горячих звёзд эта последовательность также не так сильно отстоит по блеску от главной последовательности и субгигантов, так как при переходе с водородного топлива на гелиевое, а затем на углеродное, светимость не возрастает так значительно, как у более холодных звёзд. Примеры: Арктур, Альдебаран, Мира А, Беллатрикс.

Класс светимости II

Яркие гиганты (bright giants). Как следует из названия – это гиганты повышенной светимости (их абсолютные визуальные величины находятся в районе -2, -3), но всё же не такой высокой, как у сверхгигантов. Примеры: крупнейший компоненты системы Минтака (звезда из Пояса Ориона) спектрального класса О9.5II, Мирцам (вторая по яркости звезда созвездия Большого Пса).

Класс светимости I

Сверхгиганты (supergiants), расположены в верхней части диаграммы Г − Р. Для этих звёзд характерны светимости от тысяч до сотен тысяч солнечных, массы в десятки масс Солнца. Радиусы от десятков до тысячи и более солнечных. Абсолютная визуальная звёздная величина сверхгигантов составляет от -3,5 до -8,5. Также звезда-сверхгигант может менять свой спектральный класс в самых широчайших пределах от О до М в процессе эволюции. Примеры: Бетельгейзе, Антарес, Ригель, Альнитак, Альнилам, Полярная звезда.

Классы светимости Ia+ и 0

Гипергиганты (hypergiants) на вершине диаграммы Г − Р. Исключительно редкие звёзды огромных светимостей (от сотен тысяч до более миллиона солнечных) и масс (от десятков до более чем сотня солнечных). По размерам при этом примерно такие же, как самые крупные сверхгиганты и гиганты. Абсолютная визуальная звёздная величина гипергигантов более -8,5. Этим звёздам свойственна очень сильная неустойчивость в виду сильнейшей активности. Примеры: Эта Киля, Ро Кассиопеи, RW Цефея.

В. Грибков