stringtranslate.com

Желтый сверхгигант

Желтый сверхгигант ( YSG ) — это звезда , как правило, спектрального типа F или G, имеющая класс светимости сверхгиганта (например, Ia или Ib). Это звезды, которые эволюционировали вдали от главной последовательности , расширяясь и становясь более яркими.

Желтые сверхгиганты горячее и меньше красных сверхгигантов ; невооруженным глазом видны такие примеры, как Полярная звезда , Альфа Зайца , Альфа Персея , Дельта Большого Пса и Йота¹ Скорпиона . Многие из них являются переменными звездами, в основном пульсирующими цефеидами , такими как сама δ Цефея .

Спектр

Желтые сверхгиганты обычно имеют спектральные типы F и G, хотя иногда включаются поздние звезды A или ранние звезды K. [1] [2] [3] Эти спектральные типы характеризуются линиями водорода, которые очень сильны в классе A, ослабевая через F и G, пока они не станут очень слабыми или отсутствующими в классе K. Линии кальция H и K присутствуют в поздних спектрах A, но сильнее в классе F и сильнее всего в классе G, прежде чем снова ослабнуть в более холодных звездах. Линии ионизированных металлов сильны в классе A, слабее в классах F и G и отсутствуют в более холодных звездах. В классе G также обнаружены линии нейтральных металлов, а также молекулярные полосы CH. [4]

Сверхгиганты идентифицируются в спектральной классификации Йеркса по классам светимости Ia и Ib, иногда используются промежуточные классы, такие как Iab и Ia/ab. Эти классы светимости назначаются с использованием спектральных линий, которые чувствительны к светимости. Исторически для желтых звезд использовались интенсивности линий Ca H и K , а также интенсивности линий различных металлов. [5] Линии нейтрального кислорода, такие как триплет 777,3 нм, также использовались, поскольку они чрезвычайно чувствительны к светимости в широком диапазоне спектральных типов. [6] Современные атмосферные модели могут точно сопоставлять все интенсивности спектральных линий и профили, чтобы дать спектральную классификацию или даже перейти сразу к физическим параметрам звезды, но на практике классы светимости по-прежнему обычно назначаются путем сравнения со стандартными звездами. [4]

Некоторые желтые сверхгиганты – стандартные спектральные звезды: [7]

Характеристики

Массивное скопление RSGC1 содержит 14 красных сверхгигантов и один желтый сверхгигант. [8]

Желтые сверхгиганты имеют относительно узкий диапазон температур, соответствующих их спектральным типам, примерно от 4000 К до 7000 К. [9] Их светимости варьируются от примерно 1000  L ☉ и выше, причем самые яркие звезды превышают 100 000  L . Высокая светимость указывает на то, что они намного больше Солнца, примерно от 30  R ☉ до нескольких сотен  R . [10]

Массы желтых сверхгигантов сильно различаются: от менее солнечной для таких звезд, как W Девы, до 20  M или более (например, V810 Центавра ). Соответствующие поверхностные гравитации (log(g) cgs) составляют около 1–2 для сверхгигантов с большой массой, но могут быть такими низкими, как 0 для сверхгигантов с малой массой. [9] [11]

Желтые сверхгиганты — редкие звезды, гораздо менее распространенные, чем красные сверхгиганты и звезды главной последовательности . В M31 (галактика Андромеды) наблюдаются 16 желтых сверхгигантов, связанных с эволюцией из звезд класса O, из которых видно около 25 000. [12]

Изменчивость

Кривая блеска Дельты Цефея , желтого сверхгиганта, классической переменной цефеиды.

Многие желтые сверхгиганты находятся в области диаграммы HR, известной как полоса нестабильности , поскольку их температура и светимость делают их динамически нестабильными. Большинство желтых сверхгигантов, наблюдаемых в полосе нестабильности, являются переменными цефеидами , названными в честь δ Цефея , которые пульсируют с четко определенными периодами, связанными с их светимостью. Это означает, что их можно использовать в качестве стандартных свечей для определения расстояния до звезд, зная только их период переменности. Цефеиды с более длинными периодами холоднее и более яркие. [13]

Были идентифицированы два различных типа переменных цефеид, которые имеют различные соотношения периода и светимости : классические переменные цефеиды — это молодые массивные звезды популяции I ; цефеиды типа II — это старые звезды популяции II с малыми массами, включая переменные типа W Девы , переменные типа BL Геркулеса и переменные типа RV Тельца . Классические цефеиды более яркие, чем цефеиды типа II с тем же периодом. [14]

Переменные типа R Coronae Borealis часто являются желтыми сверхгигантами, но их переменность обусловлена ​​другим механизмом, нежели у цефеид. Через нерегулярные промежутки времени они становятся скрытыми из-за конденсации пыли вокруг звезды, и их яркость резко падает. [15]

Эволюция

Эволюция звезды массой 5  ​​M , показывающая синюю петлю и след после AGB через область желтого сверхгиганта

Сверхгиганты — это звезды, которые эволюционировали вдали от главной последовательности после исчерпания водорода в своих ядрах. Желтые сверхгиганты — это гетерогенная группа звезд, пересекающая стандартные категории звезд на диаграмме HR на различных стадиях своей эволюции.

Звезды массивнее 8–12  M проводят несколько миллионов лет на главной последовательности как звезды класса O и ранние звезды B, пока плотный водород в их ядрах не истощится. Затем они расширяются и остывают, становясь сверхгигантами. Они проводят несколько тысяч лет как желтый сверхгигант, остывая, затем проводят от одного до четырех миллионов лет как красный сверхгигант, как правило. Сверхгиганты составляют менее 1% звезд; хотя и в разных пропорциях в видимые ранние эпохи Вселенной. Относительно короткие фазы и концентрация материи объясняют редкость этих звезд. [16]

Некоторые красные сверхгиганты проходят синюю петлю , временно нагреваясь и становясь желтыми или даже синими сверхгигантами перед тем, как снова остыть. Звездные модели показывают, что синие петли зависят от определенного химического состава и других предположений, но они наиболее вероятны для звезд с низкой массой красного сверхгиганта. При первом охлаждении или при выполнении достаточно протяженной синей петли желтые сверхгиганты будут пересекать полосу нестабильности и пульсировать как классические переменные цефеиды с периодами около десяти дней и дольше. [17] [18]

Звезды средней массы покидают главную последовательность, охлаждаясь вдоль ветви субгигантов , пока не достигнут ветви красных гигантов . Звезды массивнее примерно 2  M имеют достаточно большое гелиевое ядро, чтобы начать термоядерную реакцию до вырождения. Эти звезды будут выполнять синюю петлю.

Для масс между 5  M и 12  M голубая петля может простираться до спектральных типов F и G при светимостях, достигающих 1000  L . Эти звезды могут развить классы светимости сверхгигантов, особенно если они пульсируют. Когда эти звезды пересекают полосу нестабильности, они будут пульсировать как короткопериодические цефеиды. Голубые петли в этих звездах могут длиться около 10 миллионов лет, поэтому этот тип желтых сверхгигантов встречается чаще, чем более яркие типы. [19] [20]

Звезды с массами, подобными массе Солнца, развивают вырожденные гелиевые ядра после того, как они покидают главную последовательность и поднимаются к вершине ветви красных гигантов, где они воспламеняют гелий во вспышке . Затем они сплавляют гелий из ядра на горизонтальной ветви со светимостями, слишком низкими, чтобы считаться сверхгигантами.

Звезды, покидающие синюю половину горизонтальной ветви, чтобы быть классифицированными в асимптотической ветви гигантов (AGB), проходят через желтые классификации и будут пульсировать как переменные BL Herculis . Таким желтым звездам может быть присвоен класс светимости сверхгиганта, несмотря на их малые массы, но с помощью световой пульсации. В AGB тепловые импульсы от гелиевой оболочки звезд могут вызывать синюю петлю поперек полосы нестабильности. Такие звезды будут пульсировать как переменные W Virginis и снова могут быть классифицированы как желтые сверхгиганты относительно низкой светимости. [14] Когда водородная оболочка звезды малой или средней массы AGB приближается к ее поверхности, холодные внешние слои быстро теряются, что заставляет звезду нагреваться, в конечном итоге превращаясь в белого карлика . Эти звезды имеют массу ниже солнечной, но светимость, которая может быть 10 000  L или выше, поэтому они станут желтыми сверхгигантами на короткое время. Считается, что звезды post-AGB пульсируют как переменные типа RV Тельца , когда пересекают полосу нестабильности. [21]

Эволюционный статус желтых сверхгигантов R Coronae Borealis неясен. Они могут быть пост-AGB-звездами, повторно зажженными поздней гелиевой вспышкой оболочки, или они могли образоваться в результате слияния белых карликов . [22]

Ожидается, что впервые возникшие желтые сверхгиганты созревают до стадии красного сверхгиганта без какой-либо сверхновой. Ядра некоторых пост-красных сверхгигантов могут коллапсировать и спровоцировать сверхновую. Несколько сверхновых были связаны с очевидными предками желтых сверхгигантов, которые недостаточно светятся, чтобы быть пост-красными сверхгигантами. Если это подтвердится, то должно быть найдено объяснение того, как звезда умеренной массы, все еще имеющая гелиевое ядро, может вызвать сверхновую с коллапсом ядра. Очевидным кандидатом в таких случаях всегда является некоторая форма бинарного взаимодействия. [23]

На основании сообщений китайских астрономов во II/I веке до нашей эры красный сверхгигант Бетельгейзе описывался как желтый, что намекает на то, что в то время он мог быть желтым сверхгигантом. [24] [25]

Желтые гипергиганты

Особенно яркие и нестабильные желтые сверхгиганты часто группируются в отдельный класс звезд, называемых желтыми гипергигантами. В основном считается, что это пост-красные сверхгиганты, очень массивные звезды, которые потеряли значительную часть своих внешних слоев и теперь эволюционируют в сторону становления голубыми сверхгигантами и звездами Вольфа-Райе . [26]

Ссылки

  1. ^ Chiosi, Cesare; Maeder, André (1986). «Эволюция массивных звезд с потерей массы». Annual Review of Astronomy and Astrophysics . 24 : 329–375. Bibcode : 1986ARA&A..24..329C. doi : 10.1146/annurev.aa.24.090186.001553.
  2. ^ Giridhar, S.; Ferro, A.; Parrao, L. (1997). "Элементарные содержания и атмосферные параметры семи сверхгигантов FG". Публикации Астрономического общества Тихого океана . 109 : 1077. Bibcode : 1997PASP..109.1077G. doi : 10.1086/133978 .
  3. ^ Drout, Maria R.; Massey, Philip; Meynet, Georges (2012). "Желтые и красные сверхгиганты M33". The Astrophysical Journal . 750 (2): 97. arXiv : 1203.0247 . Bibcode : 2012ApJ...750...97D. doi : 10.1088/0004-637X/750/2/97. S2CID  119160120.
  4. ^ ab Gray, Richard O.; Corbally, Christopher (2009). "Звездная спектральная классификация". Звездная спектральная классификация Ричарда О. Грея и Кристофера Дж. Корбалли. Princeton University Press . Bibcode :2009ssc..book.....G.
  5. ^ Морган, Уильям Уилсон; Кинан, Филипп Чайлдс; Келлман, Эдит (1943). «Атлас звездных спектров с кратким изложением спектральной классификации». Чикаго . Bibcode :1943assw.book.....M.
  6. ^ Faraggiana, R.; Gerbaldi, M.; Van't Veer, C.; Floquet, M. (1988). "Поведение триплета OI Lambda-7773". Astronomy and Astrophysics . 201 : 259. Bibcode : 1988A&A...201..259F.
  7. ^ Гарсия, Б. (1989). «Список стандартных звезд МК». Информационный бюллетень Центра Données Stellaires . 36 : 27. Бибкод : 1989BICDS..36...27G.
  8. ^ Figer, Donald F.; MacKenty, John W.; Robberto, Massimo; Smith, Kester; Najarro, Francisco; Kudritzki, Rolf P.; Herrero, Artemio (2006). «Открытие необычайно массивного скопления красных сверхгигантов». The Astrophysical Journal . 643 (2): 1166. arXiv : astro-ph/0602146 . Bibcode :2006ApJ...643.1166F. doi :10.1086/503275. S2CID  18241900.
  9. ^ ab Parsons, SB (1971). «Эффективные температуры, внутренние цвета и поверхностные гравитации желтых сверхгигантов и цефеид». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 152 : 121–131. Bibcode : 1971MNRAS.152..121P. doi : 10.1093/mnras/152.1.121 .
  10. ^ Берки, Г. (1978). «Зависимость полупериода-светимости-цвета для звезд-сверхгигантов». Астрономия и астрофизика . 65 : 357. Bibcode : 1978A&A....65..357B.
  11. ^ Гонсалес, Гильермо; Ламберт, Дэвид Л.; Гиридхар, Сунетра (1997). «Анализ численности полевых переменных RV Tauri: EP Lyrae, DY Orionis, AR Puppis и R Sagittae». Астрофизический журнал . 479 (1): 427–440. Бибкод : 1997ApJ...479..427G. дои : 10.1086/303852 .
  12. ^ Drout, Maria R.; Massey, Philip; Meynet, Georges; Tokarz, Susan; Caldwell, Nelson (2009). «Желтые сверхгиганты в галактике Андромеды (M31)». The Astrophysical Journal . 703 (1): 441–460. arXiv : 0907.5471 . Bibcode :2009ApJ...703..441D. doi :10.1088/0004-637X/703/1/441. S2CID  16955101.
  13. ^ Majaess, DJ; Turner, DG; Lane, DJ (2009). «Характеристики Галактики по цефеидам». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 398 (1): 263–270. arXiv : 0903.4206 . Bibcode : 2009MNRAS.398..263M. doi : 10.1111/j.1365-2966.2009.15096.x . S2CID  14316644.
  14. ^ ab Wallerstein, G. ; Cox, AN (1984). "The Population II Cepheids". Астрономическое общество Тихого океана . 96 : 677. Bibcode :1984PASP...96..677W. doi :10.1086/131406.
  15. ^ Асплунд, М.; Густафссон, Б.; Ламберт, Д.Л.; Рао, Н.К. (2000). «Звезды R Coronae Borealis – атмосферы и изобилие». Астрономия и астрофизика . 353 : 287. Bibcode : 2000A&A...353..287A.
  16. ^ Meynet, G.; Maeder, A. (2000). «Звездная эволюция с вращением. V. Изменения во всех выходных данных моделей массивных звезд». Астрономия и астрофизика . 361 : 101. arXiv : astro-ph/0006404 . Bibcode : 2000A&A...361..101M.
  17. ^ Мейне, Жорж; Жоржи, Сирил; Хирши, Рафаэль; Мейдер, Андре; Мэсси, Фил; Пржибилла, Норберт; Ниева, М.-Фернанда (2011). «Красные сверхгиганты, яркие голубые переменные и звезды Вольфа-Райе: перспектива единой массивной звезды». Société Royale des Sciences de Liège . 80 : 266. arXiv : 1101.5873 . Bibcode : 2011BSRSL..80..266M.
  18. ^ Мейне, Жорж; Экстром, Сильвия; Мейдер, Андре; Эггенбергер, Патрик; Сайо, Хидеюки; Шомьен, Винсент; Хеммерле, Лионель (2013). «Модели вращающихся массивных звезд: влияние различных предписаний». Изучение вращения звезд и конвекции . Конспект лекций по физике. Том 865. С. 3–22. arXiv : 1301.2487v1 . Bibcode :2013LNP...865....3M. doi :10.1007/978-3-642-33380-4_1. ISBN 978-3-642-33379-8. S2CID  118342667.
  19. ^ Полс, Онно Р.; Шредер, Клаус-Питер; Херли, Джаррод Р.; Тут, Кристофер А.; Эгглтон, Питер П. (1998). "Модели звездной эволюции для Z = 0,0001 до 0,03". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 298 (2): 525. Bibcode : 1998MNRAS.298..525P. doi : 10.1046/j.1365-8711.1998.01658.x .
  20. ^ Жирарди, Л.; Брессан, А.; Бертелли, Г.; Чиози, К. (2000). «Эволюционные треки и изохроны для звезд с малой и средней массой: от 0,15 до 7 Msun и от Z=0,0004 до 0,03». Приложение к астрономии и астрофизике . 141 (3): 371–383. arXiv : astro-ph/9910164 . Bibcode : 2000A&AS..141..371G. doi : 10.1051/aas:2000126. S2CID  14566232.
  21. ^ Ван Винкель, Ганс (2003). «Звезды после AGB». Annual Review of Astronomy and Astrophysics . 41 : 391–427. Bibcode :2003ARA&A..41..391V. doi :10.1146/annurev.astro.41.071601.170018.
  22. ^ Клейтон, Джеффри К.; Гебалле, ТР; Хервиг, Фальк; Фрайер, Кристофер; Асплунд, Мартин (2007). «Очень большие избытки 18O в углероде с дефицитом водорода и звездах R Coronae Borealis: доказательства слияния белых карликов». The Astrophysical Journal . 662 (2): 1220–1230. arXiv : astro-ph/0703453 . Bibcode :2007ApJ...662.1220C. doi :10.1086/518307. S2CID  12061197.
  23. ^ Bersten, MC; Benvenuto, OG; Nomoto, KI; Ergon, M.; Folatelli, GN; Sollerman, J.; Benetti, S.; Botticella, MT; Fraser, M.; Kotak, R.; Maeda, K.; Ochner, P.; Tomasella, L. (2012). "Сверхновая типа IIb 2011dh от сверхгиганта-прародителя". The Astrophysical Journal . 757 (1): 31. arXiv : 1207.5975 . Bibcode :2012ApJ...757...31B. doi :10.1088/0004-637X/757/1/31. S2CID  53647176.
  24. ^ «Древние китайцы предполагают, что Бетельгейзе — молодая звезда». New Scientist . Том 92, № 1276. Reed Business Information. 22 октября 1981 г. стр. 238.
  25. ^ Нойхойзер, Р.; Торрес, Г.; Муграуэр, М.; Нойхойзер, Д.Л.; Чапман, Дж.; Люге, Д.; Коски, М. (октябрь 2022 г.). «Цветовая эволюция Бетельгейзе и Антареса за два тысячелетия, полученная из исторических записей, как новое ограничение на массу и возраст». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 516 (1): 693–719. arXiv : 2207.04702 . doi : 10.1093/mnras/stac1969 . ISSN  0035-8711.
  26. ^ Стозерс, Р. Б.; Чин, К. В. (2001). «Желтые гипергиганты как динамически нестабильные пост-красные сверхгигантские звезды». The Astrophysical Journal . 560 (2): 934. Bibcode :2001ApJ...560..934S. doi : 10.1086/322438 . hdl : 2060/20010083764 .