В нашей бескрайней Вселенной существуют звёзды, размеры и масса которых поражают воображение. Эти гиганты представляют собой важные объекты для изучения, так как их физические характеристики и поведение могут значительно влиять на окружающие звёздные системы и галактики в целом.
Каждую ночь на ясном безлунном небе мы наблюдаем тысячи мерцающих далёких звёзд в нашей галактике, но это лишь малая толика того, что можно увидеть невооружённым глазом. Если взглянуть на Млечный Путь через мощные научные телескопы, нашему взору откроется ещё большее количество далёких Светил. На самом деле, только в одной нашей галактике насчитывается от 100 до 400 миллиардов звёзд. Заглянув ещё дальше, на соседние нам галактики и за их пределы, мы обнаружим бесконечный океан далёких звёздных миров. В видимой Вселенной, по оценкам учёных, находится до 2 триллионов галактик. Таким образом, общее количество звёзд во Вселенной может достигать 1 секстиллиона — это единица с 21 нулём. Кто знает, возможно, звёзд во Вселенной гораздо больше, чем мы даже можем себе представить.
Ближайшая к нам звезда — это Солнце, которое восходит и заходит каждый день, освещая нашу планету. Оно является самым крупным объектом в Солнечной системе и кажется огромным. Однако на самом деле оно является звездой среднего размера. Во Вселенной есть гораздо более крупные звёзды, которые не просто немного больше — они ошеломляюще огромные.
Сейчас мы поговорим о самых больших звёздах в видимой Вселенной, известных на сегодняшний день. Но для начала необходимо понимать, какие звёзды мы можем назвать самыми большими, а какие относятся к карликовым Светилам.
Классификация звезд
Звезды классифицируются по таким параметрам как масса, размер, светимость и температура. Такой подход помогает исследователям систематизировать Светила и лучше понять их физические характеристики и эволюцию. За единицу измерения параметров звезд обычно берется наше Солнце, поскольку оно является ближайшей к нам и наиболее изученной звездой. Использование Солнца как эталона делает сравнения более наглядными и удобными для исследования и понимания собранного материала.
К основным категориям классификации относятся:
1. Карликовые звезды бывают красными карликами и желтыми
- Красные карлики - самые маленькие и самые распространенные звезды во Вселенной. Их масса составляет от 0,08 до 0,5 масс Солнца.
- Желтые карлики - звезды среднего размера, к которым относится и наше Солнце. Их масса составляет от 0,5 до 1,0 массы Солнца.
2. Гигантские звезды тоже бываю красными и оранжевыми - это звезды, которые расширились после исчерпания своего водородного топлива. Их масса может варьировать, но они значительно больше по размеру, чем карликовые звезды.
3. Сверхгигантские звезды делятся на красные сверхгиганты и синие.
- Красные сверхгиганты - огромны, их масса от 10 до 40 масс Солнца и радиусом, который может достигать сотен радиусов Солнца. Примерами служат Бетельгейзе и Антарес.
- Синие сверхгиганты - их масса от 20 до 50 масс Солнца. Отличаются высокой температурой поверхности.
4. Гипергигантские звезды - одни из самых массивных и светлых звезд во Вселенной
- Красные гипергиганты - с массой, превышающей 50 масс Солнца и радиусом, который может достигать тысяч радиусов Солнца. Примером является Стивенсон 2-18.
- Синие гипергиганты - звезды с чрезвычайно высокой светимостью и температурой, их масса может превышать 100 масс Солнца.
5. Звезды Вольфа-Райе - это очень горячие и яркие звезды с массой от 20 до 50 масс Солнца, которые потеряли большую часть своей внешней оболочки из-за сильного звездного ветра. Эти звезды находятся на поздней стадии своей эволюции, следующий период - взрыв сверхновой.
Факторы, влияющие на размер звезд
Рассмотрев основные категории звёзд, важно разобраться, какие факторы влияют на их размер и эволюцию. Чтобы ответить на вопрос, какую звезду можно назвать самой большой, необходимо понимать, что критериев величины может быть множество. Изучение этих факторов помогает ученым прогнозировать, как звезды изменяются с течением времени.
За параметры вселенских Светил отвечают факторы, определяющие их массу и объём. Массивные звёзды обладают сильной гравитацией. Чем больше масса звезды, тем сильнее ее гравитационное сжатие, что ведет к более высоким температурам и давлениям в ее недрах. Это, в свою очередь, вызывает более интенсивные ядерные реакции, которые увеличивают давление излучения, удерживающего звезду от дальнейшего сжатия, и способствует ее расширению.
Если по химическому составу звезды богаты тяжёлыми элементами, они могут иметь более сложные внутренние структуры и процессы, которые влияют на их расширение и сжатие. Водород и гелий, составляют большую часть звезды и принимают основное участие в ядерных реакциях, определяющих эволюцию и размеры звезды. Поток заряженных частиц, иначе говоря звёздный ветер, постоянно уносит вещество звезды в космическое пространство. От температуры зависит светимость и радиус звезды — горячие звёзды обычно ярче и больше по размеру.
Окружающие условия, такие как плотность и температура межзвездного вещества, могут также влиять на размер звезды. Например, звезды, находящиеся в плотных звездных скоплениях, подвергаются воздействию гравитационных взаимодействий с другими звездами, что может изменять их размеры и структуру. У некоторых звёзд есть двойники, которые обмениваются с ними веществом и могут даже слиться.
С течением времени звёзды тоже растут и стареют. Молодые Светила обычно меньше, но по мере исчерпания ядерного топлива они расширяются, превращаясь в гиганты или сверхгиганты. Объём звезды — это пространство, которое она занимает. Наиболее массивные звёзды часто оказываются довольно незначительными по размерам, в то время как самые объёмные звёзды содержат гораздо меньше материи по сравнению с их физическими размерами.
Эти факторы в совокупности определяют, насколько большой или маленькой может быть звезда и как она будет изменяться на протяжении своей жизни.
Ближайшая звезда — Солнце
Говоря о самых больших звёздах во Вселенной, нам необходимо отталкиваться от какого-то эталона, относительно которого можно рассуждать об интересующих нас параметрах. Логично, что ученые приняли за эталон ближайшую к нам звезду — Солнце. Благодаря ему произошло зарождение и поддерживается жизнь на нашей планете. По классификации звёзд Солнце относится к жёлтым карликам.
Солнце обладает радиусом около 700 000 км, что в 109 раз больше радиуса Земли. Его масса составляет примерно 99,9 % массы всей Солнечной системы. Температура поверхности Солнца составляет примерно 5500 °C, а температура его ядра достигает примерно 15 миллионов °C. По массе Солнце состоит из 74% водорода и 24% гелия, с небольшими примесями тяжёлых элементов.
Наше Солнце сейчас находится на стадии главной последовательности, на которой оно сжигает водород в своём ядре, преобразовывая его в гелий посредством ядерного синтеза. Это основной источник энергии, который поддерживает светимость и тепло Солнца. Учитывая возраст Солнца, которому, по подсчетам ученых сейчас 4,6 миллиардов лет, оно проведёт в этой стадии еще около 5 миллиардов лет.
Когда запасы водорода в ядре Солнца исчерпаются, оно начнёт сжиматься, а внешние слои расширяться. Солнце превратится в раздутого красного гиганта, поглотив орбиты Меркурия, Венеры и, возможно, даже Земли.
После стадии красного гиганта в ядре начнётся сжигание гелия, и превращение его в углерод и кислород. Этот процесс будет происходить в течение относительно короткого времени по астрономическим меркам. В конце своего жизненного цикла Солнце сбросит внешние слои, создавая планетарную туманность. Оставшееся ядро станет белым карликом, который постепенно остынет и потускнеет с течением времени.
Гравитационное воздействие Солнца удерживает все планеты, астероиды и кометы на их орбитах, а его излучение и солнечный ветер влияют на космическую погоду и межпланетное пространство. Благодаря изучению процессов на Солнце учёные по аналогии создают модели и исследуют эволюцию и процессы других светил.
Процессы эволюции больших звезд
Изучение Солнца предоставляет базовые знания, необходимые для понимания сложных механизмов эволюции более крупных звёзд. Эволюция больших звезд — это сложный и динамичный процесс, который проходит через несколько стадий от формирования до конечного разрушения. Понимание эволюции помогает ученым прогнозировать будущее звёзд и их влияние на окружающую среду.
Звёзды рождаются в гигантских молекулярных облаках. Эти облака состоят из газа и пыли, которые под действием гравитации, ударных волн и ионизирующего излучения начинают сжиматься, образуя плотные ядра. Когда плотность и температура в ядре становятся достаточно высокими, начинается процесс ядерного синтеза, и звезда вступает в фазу главной последовательности.
На этой стадии звезда горит, преобразуя водород в гелий в своем ядре. Этот процесс может длиться миллионы или даже миллиарды лет, в зависимости от массы звезды. Большие звезды, имеющие массу в несколько раз больше солнечной, расходуют свои запасы водорода значительно быстрее, чем звезды меньших размеров.
Когда запасы водорода в ядре иссякают, звезда начинает сжиматься под действием собственной гравитации. Это приводит к повышению температуры и давления в ядре, что вызывает начало синтеза более тяжелых элементов, таких как углерод, неон, кислород и кремний. В это время внешние слои звезды расширяются, и она превращается в красный сверхгигант.
В стадии красного сверхгиганта в ядре звезды происходят многократные ядерные реакции, каждая из которых формирует элементы все тяжелее и тяжелее. Когда звезда исчерпывает свои ядерные топливные запасы, в ее центре формируется железное ядро. Синтез железа не выделяет энергию, и поэтому звезда не может поддерживать гидростатическое равновесие.
Когда масса железного ядра достигает критического значения, оно начинает сжиматься под собственным весом. В результате этого коллапса происходит взрыв сверхновой, который выбрасывает внешние слои звезды в космическое пространство. Взрыв сверхновой сопровождается высвобождением огромного количества энергии и созданием ударных волн, которые могут спровоцировать образование новых звезд в окружающем межзвездном пространстве.
После взрыва сверхновой в зависимости от массы исходной звезды может образоваться либо нейтронная звезда, либо черная дыра. Нейтронная звезда — это чрезвычайно плотное и компактное небесное тело, состоящее преимущественно из нейтронов. Если масса остатка звезды превышает определенный предел, нейтронная звезда сжимается в черную дыру, гравитационное поле которой настолько сильное, что даже свет не может покинуть ее поверхность.
Изучение чёрных дыр помогает астрономам понять экстремальные условия физики и динамику материи в условиях сильной гравитации, что делает конечные стадии жизни больших звёзд важными для понимания эволюции Вселенной.
Теперь рассмотрим конкретные примеры самых массивных и объёмных звёзд, известных на сегодняшний день.
BAT 99-98
В настоящее время это одна из самых массивных и ярких известных звёзд. По классификации она относится к звёздам Вольфа-Райе и расположена в туманности Тарантул в Большом Магеллановом Облаке. Эта звезда вызывает особый интерес у астрономов благодаря своей огромной массе и уникальным характеристикам, равным примерно 226 массам Солнца. По астрономическим меркам звезда относительно молода — её возраст оценивается в 75 миллионов лет, что значительно меньше возраста нашего Солнца. Предполагается, что такая массивность могла быть достигнута в результате слияния двух меньших звёзд.
Модели показывают, что BAT 99-98 быстро теряет свою массу. Активные процессы внутри звезды способствуют интенсивному звёздному ветру, который уносит значительное количество материи. Звезда уже потеряла массу, эквивалентную 20 массам Солнца.
Из-за своей массивности BAT 99-98, вероятнее всего, завершит свою жизнь катастрофическим образом, превратившись в сверхновую и, скорее всего, образуя чёрную дыру. Высокая активность и большая потеря массы делают эту звезду кандидатом на быструю эволюцию и окончание жизненного цикла.
Несмотря на свою огромную массу, BAT 99-98 не является самой крупной по физическим размерам звездой. Её радиус оценивается примерно в 375 раз больше радиуса Солнца, что делает её менее объёмной по сравнению с другими гигантскими звёздами. Однако BAT 99-98 предоставляет уникальные возможности для изучения процессов, связанных с эволюцией массивных звёзд и их конечных стадий, таких как сверхновые и образование чёрных дыр.
UY Щита
UY Щита, звезда, которая долгое время считалась самой большой по физическим размерам. Изучение этой звезды предоставляет важные данные о звездах такого типа и их характеристиках. Первоначально радиус UY Щита оценивался примерно в 1700 раз больше радиуса Солнца, что делало его самой большой известной звездой по размеру. Однако недавние исследования показали, что измерения расстояния до UY Щита были выполнены неверно, что значительно изменило оценку ее радиуса. Новые данные указывают, что радиус звезды составляет около 775 раз больше радиуса Солнца. Это пересмотренное значение вывело UY Щита с позиции самой большой звезды, поставив ее ближе к другим известным звездам, таким как Бетельгейзе и Антарес. Точная масса UY Щита не определена, однако скорее всего она составляет от 7 до 10 солнечных масс. На данный момент это самая быстро сгорающая из всех известных звёзд.
Этот красный сверхгигант находится на поздних стадиях своей эволюции и имеет очень низкую плотность и высокую светимость. Её внешние слои сильно раздулись, что делает звезду огромной по объёму, несмотря на относительно небольшую массу по сравнению с другими массивными звёздами. Если поместить UY Щита в центре Солнечной системы, то её фотосфера охватит орбиту Юпитера.
Случай с UY Щита показывает, как важно точное измерение расстояний до звезд для корректной оценки их размеров и других характеристик. Переоценка размеров звезды подчеркивает сложность измерений и необходимость использования различных методов и инструментов для получения точных данных.
Хотя UY Щита все еще остается одной из крупнейших звезд по размеру, она больше не входит в топ-10 или даже топ-80 самых больших звезд. Звезды, такие как Бетельгейзе и Антарес, имеют схожие размеры и также являются красными сверхгигантами. UY Щита остается важным объектом для изучения, предоставляя данные о характеристиках и эволюции красных сверхгигантов, а также демонстрируя важность точных астрономических измерений.
Stephenson 2-18
Stephenson 2-18 — яркий красный сверхгигант в галактике Млечный Путь. По состоянию на 2024 год, это крупнейшая известная звезда, с радиусом в 2150 солнечных радиусов и светимостью 437 000 светимостей Солнца. Если её поместить в центр Солнечной системы, её фотосфера достигла бы орбиты Сатурна. Объём звезды примерно в 10 миллиардов раз больше объёма Солнца.
Однако существует теоретический предел роста звезд, составляющий около 1500 радиусов Солнца. Это создаёт трудности в оценке размера Stephenson 2-18, поскольку первоначальные измерения могли быть завышены из-за неопределённости в исчислении расстояния до звезды, которое может быть неточным на 50%.
Случай со Stephenson 2-18 подчёркивает сложности измерения размеров далеких звезд, особенно красных гипергигантов с их разреженной внешней атмосферой. Внешняя атмосфера таких звезд может раздуваться почти без ограничений, но в какой-то момент разреженный газ становится частью межзвёздной среды и не считается звездной поверхностью.
Stephenson 2-18 всё ещё остаётся одной из крупнейших звёзд по размерам. Её размеры сопоставимы с другими гигантскими звёздами, но, возможно, она не является самой большой. Изучение Stephenson 2-18 помогает улучшить модели звёздной эволюции и понять, как такие огромные звёзды формируются и развиваются. Эти исследования также помогают уточнить предельные размеры звёзд и их влияние на окружающую среду. Stephenson 2-18 остаётся важным объектом для астрономов, предоставляя уникальные данные о характеристиках и эволюции красных гипергигантов.
W g64
WOH G64 — красный сверхгигант, обнаруженный в созвездии Золотой Рыбы. Это четвёртая из крупнейших известных звёзд, находящаяся в Большом Магеллановом Облаке. При массе 40 солнечных масс и радиусе 2575 солнечных радиусов, астрофизики считают, что WOH G64 потеряла около трети своей массы за счёт звёздного ветра. Звезда завершит своё существование и станет сверхновой через несколько тысяч или десятков тысяч лет.
Согласно недавним исследованиям, радиус звезды составляет лишь 1540 радиусов Солнца, то есть звезда не является самой большой из известных, уступая по размерам звёздам Стивенсон 2-18 и UY Щита, но остаётся крупнейшей в Большом Магеллановом Облаке. Пылевая оболочка вокруг звезды может скрывать несколько планет. Этот измеренный радиус хорошо вписывается в теоретический предел роста звезд и соответствует многим другим крупным красным сверхгигантам. Последующие исследования показали, что пыль и газ вокруг звезды образуют тор, а не сферическую оболочку. Эти результаты снизили показатели светимости, массы и радиуса звезды.
WOH G64 находится на поздних стадиях своей звёздной эволюции, исчерпав своё ядерное топливо, что приводит к расширению её внешних слоёв и превращению её в истинного космического гиганта. Окружённая огромным пылевым тором диаметром примерно в один световой год, состоящим из материала, выброшенного звездой, она содержит достаточно вещества, чтобы создать нашу Солнечную систему девять раз.
Несмотря на широко принятую оценку радиуса, другие исследования предполагают, что размер WOH G64 может достигать 2575 радиусов Солнца, что значительно превышает текущие оценки и предполагает, что звезда могла бы легко поглотить орбиту Сатурна.
Изучение WOH G64 помогает астрономам уточнить модели звёздной эволюции и лучше понять размеры и характеристики самых больших звёзд. Оно также подчеркивает важность точных измерений и многометодных исследований для определения истинных размеров гигантских звёзд. Продолжающиеся исследования и новые данные могут привести к пересмотру её размеров и положения в рейтинге самых больших звёзд. WOH G64 остаётся важным объектом для изучения, предоставляя ценную информацию о предельных размерах звёзд и их влиянии на межзвёздную среду.
Влияние звезд на межзвездное пространство
Влияние звезд на космическое пространство многогранно и разнообразно. Они являются двигателями космических процессов, создавая условия для рождения новых звезд и планет, изменяя структуру галактик и наполняя космос энергией и элементами, необходимыми для жизни.
Звезды играют основную роль в формировании и эволюции космического пространства. Их влияние начинается с гравитационного воздействия. Масса звезды создает гравитационное поле, которое удерживает планеты, астероиды и кометы на орбитах вокруг нее. Гравитационное взаимодействие также способствует формированию звездных скоплений и галактик.
Ядерные реакции, происходящие в недрах звезд, генерируют огромное количество энергии, излучаемой в виде света и тепла. Это излучение влияет на окружающее космическое пространство, нагревая и ионизируя межзвездное вещество. Такие процессы могут стимулировать образование новых звезд в плотных облаках газа и пыли.
Звезды также являются источниками тяжелых элементов, необходимых для жизни и формирования планет. В процессе ядерного синтеза в недрах Светил создаются элементы тяжелее водорода и гелия, которые затем выбрасываются в космос при взрывах сверхновых. Эти элементы смешиваются с межзвездной средой, обогащая ее и создавая условия для образования планет и новых звезд.
Огромное воздействие на окружающее космическое пространство оказывают взрывы сверхновых, происходящие при гибели массивных звезд. Они порождают ударные волны, которые сжимают межзвездный газ, тем самым давая толчок к возникновению новых звезд. Кроме того, сверхновые выделяют космические лучи, которые изменяют процессы химических реакций в космическом пространстве.
От движения звезд зависит динамика галактик. Взаимодействия Светил создают сложные гравитационные эффекты, которые могут привести к слияниям галактик и изменению их структуры. Например, Млечный Путь и соседняя галактика Андромеды со временем сойдутся и объединятся, создавая новую галактику.
Заключение
Технологии современности позволяют нам разглядеть удивительное разнообразие глубин космоса, запечатлеть изображения таинственной красоты звёзд и сделать потрясающие научные открытия об их жизни, индивидуальные характеристики и эволюцию.
Каждая звезда, от ближайшего к нам Солнца до самых массивных и объёмных звёзд, таких как Stephenson 2-18 и WOH G64, представляет собой уникальный объект для изучения. Их влияние на межзвёздное пространство и процессы формирования новых звёздных систем подчеркивают важность этих Светил в космическом масштабе. Продолжающиеся исследования и новые открытия помогают нам лучше понять природу этих гигантов и их роль в нашей Вселенной.