Ученые, изучающие космос уже в течение столетий, накопили значительный объем данных, который позволяет им определить ключевые характеристики любой звезды, в том числе ее массу и состав.
Для того, чтобы вычислить массу звезды, астрономы изучают ее орбитальный период, чтобы определить ее состав - смотрят на спектр света, который излучает звезда. Но есть переменная, в которой ученые пока не уверены - это время. Солнце - единственная звезда, о возрасте которой они говорят со значительной степенью уверенности, а все остальное «загружается оттуда».
Даже, на первый взгляд, хорошо изученные звезды время от времени ставят ученых в тупик. В 2019 году, когда красная звезда-сверхгигант Бетельгейзе потускнела, астрономы не могли с точностью определить, что происходит – это очередная фаза или взрыв сверхновой. Однажды и Солнце выбило всех из колеи, когда ученые заметили, что оно ведет себя не так, как должно. Оказалось, что его магнитная активность не соответствует другим звездам того же возраста и массы.
Астрономы до сих пор не могут определиться с методами определения возраста звезд. Расчеты, основанные на физике и косвенных измерениях, дают примерные значения, при этом методы, которые хороши для одних объектов, дают существенную погрешность для других. На сегодняшний день существует три способа, с помощью которых астрономы рассчитывают возраст звезды.
Диаграммы Герцшпрунга-Рассела
Ученые довольно хорошо понимают, как рождаются звезды, как они живут и как умирают. Например, звезды сжигают свой водород, раздуваются и в конечном итоге выбрасывают газы в космос со взрывом или без. Но определить, на каком именно этапе находится та или иная звезда – это более сложный процесс. В зависимости от массы звезды достигают разных этапов через разное количество лет. Более массивные звезды умирают молодыми, а менее массивные звезды могут гореть миллиарды лет.
В начале двадцатого века астрономы Эйнар Герцшпрунг и Генри Норрис Рассел независимо друг от друга пришли к выводу, что температура звезд зависит от их яркости. Таким образом диаграмма Герцшпрунга -Рассела (HR) стала один из важнейших инструментов в изучении эволюции звезд. График отображает температуру звезд в зависимости от их светимости или цвет звезд (спектральный класс) в зависимости от их абсолютной величины. Каждая звезда в зависимости от своей начальной массы проходит определенные этапы эволюции, продиктованные его внутренней структурой и тем, как он производит энергию. Каждая из этих стадий соответствует изменению температуры и светимости звезды, которые, как видно, перемещаются в разные области на HR-диаграмме по мере ее эволюции. То есть астрономы могут узнать внутреннюю структуру звезды и стадию эволюции, определив ее положение на диаграмме.
Сегодня ученые используют эти закономерности для определения возраста звездных скоплений, звезды которых, предположительно, образовались одновременно. Сложность заключается в том, что этот метод можно использовать только для звезд в скоплениях или путем сравнения цвета и яркости отдельной звезды с теоретическими диаграммами HR.
Скорость вращения
В середине двадцатого века астрофизики увидели закономерность: звезды в молодых скоплениях вращаются быстрее, чем звезды в более старых скоплениях. В 1972 году астроном Эндрю Скуманич использовал скорость вращения звезды и поверхностную активность, и предложил уравнение для оценки возраста звезды: Скорость вращения = Возраст -½.
На протяжении десятилетий этот метод использовался для звезд-одиночек. А затем выяснилось, что некоторые звезды не замедляются, и сохраняют одну и ту же скорость вращения до конца своей жизни. Этот метод теперь используется для звезд моложе Солнца, для более «возрастных» лучше подходят другие методы.
Звездная сейсмология
Данные, показавшие, что скорость вращения не лучший метод оценки возраста отдельной звезды, астрофизики получили с помощью космического телескопа Кеплер. Телескоп, который занимается поиском экзопланет, выдвинул на передний план звездную сейсмологию.
Оказалось, что наблюдение за мерцанием звезды может дать ключ к разгадке ее возраста. Ученые рассматривают изменения яркости звезды как показатель того, что происходит под ее поверхностью, и с помощью моделирования приблизительно вычисляют возраст звезды. Для этого нужен большой набор данных о яркости звезды, который могут предоставить телескопы типа Кеплер.
С помощью этого инструмента ученые раскрыли магнитный кризис середины жизни Солнца и получили некоторые подсказки об эволюции Млечного Пути. Около 10 миллиардов лет назад наша галактика столкнулась с карликовой галактикой. Звезды, оставленные этой карликовой галактикой, моложе или примерно того же возраста, что и звезды Млечного Пути. Таким образом, Млечный Путь мог развиваться быстрее, чем считалось ранее.
По мере того, как космические телескопы собирают новые данные, астрофизики узнают о звездном жизненном цикле все больше, делают новые выводы и предлагают более точные методы.
