Красный гигант в астрономии — звезда, которая находится на поздней стадии своей эволюции. Она обладает значительно большим размером и яркостью по сравнению с обычными звёздами, такими, например, как наше Солнце. Общественная служба новостей расскажет, что представляют из себя звёзды типа «красный гигант».
Ключевые характеристики красных гигантов
Красный гигант — звезда, находящаяся на поздней стадии своего развития, характеризующаяся значительным увеличением своих размеров и вместе с тем снижением температуры поверхности. Такие объекты относятся к классу звёзд-гигантов спектральных классов K и M. Их светимость превышает солнечную в сотни раз, хотя эффективная температура поверхности ниже, чем у звёзд главной последовательности. Красные гиганты делятся на две категории: звёзды горизонтальной ветви (с гелиевым ядром) и асимптотические гиганты (с углеродно-кислородным ядром).
Радиус типичного красного гиганта может достигать 100–1000 солнечных радиусов. Например, звезда Бетельгейзе в созвездии Ориона имеет радиус, превышающий солнечный в 800–900 раз. Массы красных гигантов варьируются от 0,5 до 8 масс Солнца. Гравитация на поверхности красных гигантов крайне низка из-за их огромного размера, что способствует интенсивной потере вещества.
Светимость красных гигантов обусловлена огромной площадью поверхности, несмотря на низкую температуру. Температурный градиент внутри звезды резко меняется: ядро разогрето до десятков миллионов кельвинов, тогда как внешние слои охлаждаются до 3000 K.
Формирование красных гигантов
Превращение звезды в красного гиганта — многоэтапный процесс:
1. Красные гиганты формируются, когда звезда исчерпывает водород в своём ядре. Термоядерные реакции синтеза гелия из водорода прекращаются, что приводит к остановке энерговыделения. Гравитационное сжатие ядра вызывает рост температуры и давления, запуская горение водорода в оболочке вокруг ядра.
2. Энергия, выделяемая в водородной оболочке, заставляет внешние слои звезды расширяться. Радиус увеличивается в сотни раз, а температура поверхности падает. Процесс расширения сопровождается снижением плотности внешних слоёв и формированием конвективных зон, которые переносят продукты синтеза к поверхности.
3. У звёзд с массой менее 2 солнечных масс переход к стадии красного гиганта сопровождается гелиевой вспышкой. После достижения температур около 100 млн K в ядре начинается неуправляемый термоядерный синтез гелия в углерод. Это приводит к резкому выбросу энергии, который не разрушает звезду из-за вырождения электронного газа в ядре.
4. После фазы красного гиганта звезда может перейти на асимптотическую ветвь гигантов (AGB), где в ядре происходит горение гелия и водорода в отдельных слоях.
5. Завершающий этап эволюции красного гиганта — сброс внешних слоёв, которые образуют планетарную туманность. Оставшееся ядро, состоящее из углерода и кислорода, постепенно остывает, превращаясь в белый карлик. У массивных звёзд этот процесс может завершиться взрывом сверхновой типа II.
Физические процессы в красных гигантах
Внутри красных гигантов происходят уникальные физические процессы, отличающие их от звёзд других типов.
· В красных гигантах термоядерные реакции происходят не в ядре, а в концентрических слоях вокруг него. Водородный слой синтезирует гелий, который накапливается на поверхности гелиевого ядра. Когда масса ядра достигает предела Шёнберга—Чандрасекара, запускается горение гелия.
· Конвективные зоны в красных гигантах охватывают значительную часть объёма звезды. Внешние слои становятся полностью конвективными, что способствует подъёму продуктов синтеза (например, углерода) к поверхности. Это явление изменяет химический состав атмосферы.
· Низкая гравитация и высокая светимость приводят к интенсивной потере массы через звёздный ветер. Выброшенное вещество становится частью межзвёздной среды.
· Многие красные гиганты демонстрируют пульсации, вызванные периодическими изменениями давления в их атмосферах.
· В ядре красного гиганта происходит синтез углерода из гелия. При температурах выше 500 млн K углерод может взаимодействовать с гелием, образуя кислород. Эти процессы формируют плотное ядро, которое в будущем станет белым карликом.
Читайте также по теме: