В астрономии звездная классификация — это классификация звезд , основанная на их спектральных характеристиках. Электромагнитное излучение звезды анализируется путем разделения его призмой или дифракционной решеткой на спектр , демонстрирующий радугу цветов с вкраплениями спектральных линий . Каждая линия обозначает конкретный химический элемент или молекулу , а интенсивность линии указывает на распространенность этого элемента. Интенсивность различных спектральных линий варьируется в основном из-за температуры фотосферы , хотя в некоторых случаях наблюдаются реальные различия в их содержании. Спектральный класс звезды — это короткий код, который в основном суммирует состояние ионизации и дает объективную меру температуры фотосферы.
Большинство звезд в настоящее время классифицируются по системе Моргана-Кинана (МК) с использованием букв O , B , A , F , G , K и M , последовательности от самых горячих ( тип O ) до самых холодных ( тип M ). Затем каждый класс букв подразделяется с использованием числовых цифр, где 0 означает самый горячий, а 9 — самый холодный (например, A8, A9, F0 и F1 образуют последовательность от более горячего к более холодному). Последовательность расширена классами для других звезд и звездоподобных объектов, не вписывающихся в классическую систему, такими как класс D для белых карликов и классы S и C для углеродных звезд .
В системе МК к спектральному классу добавляется класс светимости с помощью римских цифр . Это основано на ширине определенных линий поглощения в спектре звезды, которые меняются в зависимости от плотности атмосферы и таким образом отличают звезды-гиганты от карликов. Класс светимости 0 или Ia+ используется для гипергигантов , класс I для сверхгигантов , класс II для ярких гигантов , класс III для обычных гигантов , класс IV для субгигантов , класс V для звезд главной последовательности , класс sd (или VI ) для субкарликов и класс D (или VII ) для белых карликов . Тогда полный спектральный класс Солнца будет G2V, что указывает на звезду главной последовательности с температурой поверхности около 5800 К.
Традиционное описание цвета учитывает только пик звездного спектра. Однако на самом деле звезды излучают во всех частях спектра. Поскольку все спектральные цвета в совокупности кажутся белыми, реальные видимые цвета, которые может наблюдать человеческий глаз, намного светлее, чем предполагают традиционные описания цветов. Эта характеристика «легкости» указывает на то, что упрощенное распределение цветов в спектре может ввести в заблуждение. За исключением эффектов цветового контраста при тусклом свете, в типичных условиях просмотра нет зеленых, голубых, синих или фиолетовых звезд. «Желтые» карлики , такие как Солнце , являются белыми, «красные» карлики имеют глубокий оттенок желтого/оранжевого цвета, а «коричневые» карлики не кажутся буквально коричневыми, но гипотетически кажутся ближнему наблюдателю тускло-красными или серыми/черными.
Современная система классификации известна как классификация Моргана-Кинана (МК). Каждой звезде присваивается спектральный класс (из старой Гарвардской спектральной классификации, которая не включала светимость [1] ) и класс светимости с использованием римских цифр, как описано ниже, образуя спектральный класс звезды.
Другие современные системы классификации звезд , такие как система UBV , основаны на индексах цвета — измеренных различиях в трех или более цветовых величинах . [2] Этим числам присваиваются метки, например «U-V» или «B-V», которые обозначают цвета, пропускаемые двумя стандартными фильтрами (например, ультрафиолетовым , синим и видимым ).
Гарвардская система представляет собой одномерную схему классификации, разработанную астрономом Энни Джамп Кэннон , которая переупорядочила и упростила предыдущую алфавитную систему Дрейпера (см. Историю). Звезды сгруппированы по их спектральным характеристикам отдельными буквами алфавита, возможно, с цифровыми подразделениями. У звезд главной последовательности температура поверхности варьируется от примерно 2000 до 50 000 К , тогда как более развитые звезды могут иметь температуру выше 100 000 К. Физически классы указывают температуру атмосферы звезды и обычно перечисляются от самого горячего до самого холодного.
Распространенная мнемоника для запоминания порядка букв спектрального типа, от самого горячего до самого крутого, — « О , будь прекрасным парнем / девушкой : поцелуй меня ! » . [11]
Спектральные классы от O до M, а также другие более специализированные классы, обсуждаемые позже, подразделяются арабскими цифрами (0–9), где 0 обозначает самые горячие звезды данного класса. Например, A0 обозначает самые горячие звезды класса A, а A9 — самые холодные. Допускаются дробные числа; например, звезда Мю Норме классифицируется как O9.7. [12] Солнце классифицируется как G2 . [13]
Тот факт, что Гарвардская классификация звезды указывала температуру ее поверхности или фотосферы (точнее, ее эффективную температуру ) не был полностью понят до тех пор, пока она не возникла, хотя к тому времени, когда была сформулирована первая диаграмма Герцшпрунга-Рассела (к 1914 г.), Обычно предполагалось, что это правда. [14] В 1920-х годах индийский физик Мегнад Саха разработал теорию ионизации, расширив известные идеи физической химии, касающиеся диссоциации молекул ионизации атомов. Сначала он применил его к солнечной хромосфере, затем к звездным спектрам. [15]
Затем гарвардский астроном Сесилия Пейн продемонстрировала, что спектральная последовательность OBAFGKM на самом деле представляет собой последовательность температур. [16] Поскольку классификационная последовательность предшествовала нашему пониманию того, что это температурная последовательность, отнесение спектра к данному подтипу, такому как B3 или A7, зависит от (в значительной степени субъективных) оценок силы особенностей поглощения в звездных спектрах. В результате эти подтипы не разделены равномерно на какие-либо математически представимые интервалы.
Спектральная классификация Йеркса , также называемая системой МК, или Моргана-Кинана (альтернативно называемая МКК, или Моргана-Кинана-Келлмана) [17] [18] по инициалам авторов, представляет собой введенную систему звездной спектральной классификации. в 1943 году Уильямом Уилсоном Морганом , Филипом Кинаном и Эдит Келлман из Йерксской обсерватории . [19] Эта двумерная схема классификации ( температура и светимость ) основана на спектральных линиях , чувствительных к температуре звезды и поверхностной гравитации , которая связана со светимостью (тогда как Гарвардская классификация основана только на температуре поверхности). Позже, в 1953 году, после некоторых изменений в списке стандартных звезд и критериях классификации, схема была названа классификацией Моргана-Кинана , или МК , [20] , которая используется и по сей день.
Более плотные звезды с более высокой поверхностной гравитацией демонстрируют большее уширение спектральных линий под давлением. Гравитация, а значит, и давление на поверхности звезды- гиганта гораздо ниже, чем у звезды-карлика, поскольку радиус гиганта намного больше, чем у карлика аналогичной массы. Следовательно, различия в спектре можно интерпретировать как эффекты светимости , а класс светимости можно определить исключительно на основе изучения спектра.
Различают несколько различных классов светимости , как указано в таблице ниже. [21]
Допускаются предельные случаи; например, звезда может быть либо сверхгигантом, либо ярким гигантом, либо может находиться между классификациями субгигантов и главной последовательности. В этих случаях используются два специальных символа:
Например, звезда, классифицированная как A3-4III/IV, будет находиться между спектральными классами A3 и A4, будучи либо звездой-гигантом, либо субгигантом.
Также использовались классы субкарликов: VI для субкарликов (звезды немного менее яркие, чем главная последовательность).
Номинальный класс светимости VII (а иногда и более высокие цифры) теперь редко используется для классов белых карликов или «горячих субкарликов», поскольку буквы температуры главной последовательности и звезд-гигантов больше не относятся к белым карликам.
Иногда буквы a и b применяются к классам светимости, отличным от сверхгигантов; например, гигантской звезде, немного менее яркой, чем типичная, может быть присвоен класс светимости IIIb, тогда как класс светимости IIIa указывает на звезду, немного ярче, чем типичный гигант. [31]
Выборке крайних звезд V с сильным поглощением в спектральных линиях He II λ4686 было присвоено обозначение Vz . Пример звезды — HD 93129 B. [32]
Дополнительная номенклатура в виде строчных букв может следовать за спектральным классом, чтобы указать на особенности спектра. [33]
Например, 59 Лебедя указан как спектральный класс B1.5Vnne [40] , что указывает на спектр с общей классификацией B1.5V, а также очень широкие линии поглощения и некоторые линии излучения.
Причина странного расположения букв в Гарвардской классификации носит исторический характер: она произошла от более ранних классов Секки и постепенно менялась по мере улучшения понимания.
В 1860-х и 1870-х годах звездный спектроскопист-новатор Анджело Секки создал классы Секки для классификации наблюдаемых спектров. К 1866 году он разработал три класса звездных спектров, показанных в таблице ниже. [41] [42] [43]
В конце 1890-х годов эту классификацию начала заменять Гарвардская классификация, которая обсуждается в оставшейся части этой статьи. [44] [45] [46]
Римские цифры, используемые для классов Секки, не следует путать с совершенно не связанными между собой римскими цифрами, используемыми для классов светимости Йеркса и предлагаемых классов нейтронных звезд.
В 1880-х годах астроном Эдвард Пикеринг начал проводить обзоры звездных спектров в обсерватории Гарвардского колледжа , используя метод объективной призмы. Первым результатом этой работы стал Каталог звездных спектров Дрейпера , опубликованный в 1890 году. Уильямина Флеминг классифицировала большую часть спектров в этом каталоге, и ей приписывают классификацию более 10 000 избранных звезд и открытие 10 новых и более 200 переменных звезд. [52] С помощью компьютеров Гарварда , особенно Уильямины Флеминг , была разработана первая версия каталога Генри Дрейпера, чтобы заменить схему римских цифр, установленную Анджело Секки. [53]
В каталоге использовалась схема, в которой ранее использовавшиеся классы Секки (от I до V) подразделялись на более конкретные классы с использованием букв от A до P. Кроме того, буква Q использовалась для звезд, не входящих ни в один другой класс. [50] [51] Флеминг работал с Пикерингом, чтобы дифференцировать 17 различных классов на основе интенсивности спектральных линий водорода, что вызывает изменение длин волн, излучаемых звездами, и приводит к изменению внешнего вида цвета. Спектры класса А имели тенденцию давать самые сильные линии поглощения водорода, тогда как спектры класса О практически не давали видимых линий. Система букв отображала постепенное уменьшение поглощения водорода в спектральных классах при движении вниз по алфавиту. Эта система классификации была позже модифицирована Энни Джамп Кэннон и Антонией Мори для создания Гарвардской схемы спектральной классификации. [52] [54]
В 1897 году другой астроном из Гарварда, Антония Мори , поместила подтип Ориона класса I по Секки впереди остальных классов I по Секки, таким образом поставив современный тип B впереди современного типа A. Она была первой, кто сделал это, хотя она использовала не буквенные спектральные типы, а серию из двадцати двух типов, пронумерованных от I до XXII. [55] [56]
Поскольку 22 группы римских цифр не учитывали дополнительные вариации в спектрах, для дальнейшего уточнения различий были сделаны три дополнительных подразделения: были добавлены строчные буквы, чтобы различать относительный внешний вид линий в спектрах; линии были определены как: [57]
В 1897 году Антония Мори опубликовала свой собственный каталог классификации звезд под названием «Спектры ярких звезд, сфотографированных с помощью 11-дюймового телескопа Дрейпера как часть Мемориала Генри Дрейпера», который включал 4800 фотографий и анализ Мори 681 яркой северной звезды. Это был первый случай, когда женщине приписали публикацию обсерватории. [58]
В 1901 году Энни Джамп Кэннон вернулась к буквенным типам, но отказалась от всех букв, кроме O, B, A, F, G, K, M и N, используемых в этом порядке, а также P для планетарных туманностей и Q для некоторых своеобразных туманностей. спектры. Она также использовала такие типы, как B5A для звезд, находящихся на полпути между типами B и A, F2G для звезд, находящихся на расстоянии одной пятой от F до G, и так далее. [59] [60]
Наконец, к 1912 году Кэннон изменил типы B, A, B5A, F2G и т. д. на B0, A0, B5, F2 и т. д. [61] [62] По сути, это современная форма Гарвардской классификационной системы. Эта система была разработана путем анализа спектров на фотопластинках, которые могли преобразовывать свет, излучаемый звездами, в читаемый спектр. [63]
Классификация светимости, известная как система Маунт-Вилсон, использовалась для различения звезд разной светимости. [64] [65] [66] Эту систему обозначений до сих пор иногда можно увидеть в современных спектрах. [67]
Система звездной классификации является таксономической , основанной на типовых экземплярах , аналогичной классификации видов в биологии : категории определяются одной или несколькими стандартными звездами для каждой категории и подкатегории с соответствующим описанием отличительных особенностей. [68]
Звезды часто относят к ранним или поздним типам. «Ранний» — синоним « горячее» , а «поздний» — синоним « холодного» .
В зависимости от контекста понятия «рано» и «поздно» могут быть абсолютными или относительными. Таким образом, «ранний» как абсолютный термин будет относиться к звездам O или B, а, возможно, и A. В качестве относительной ссылки он относится к звездам, более горячим, чем другие, например, «ранняя К», возможно, это K0, K1, K2 и K3.
«Поздний» используется таким же образом, с безоговорочным использованием термина, обозначающего звезды со спектральными классами, такими как K и M, но его также можно использовать для звезд, которые холодны по сравнению с другими звездами, как при использовании «позднего G». " для обозначения G7, G8 и G9.
В относительном смысле «ранний» означает нижнюю арабскую цифру, следующую за буквой класса, а «поздний» означает более высокий номер.
Эта неясная терминология является пережитком модели звездной эволюции конца девятнадцатого века , которая предполагала, что звезды питаются за счет гравитационного сжатия посредством механизма Кельвина-Гельмгольца , который, как теперь известно, не применим к звездам главной последовательности . Если бы это было правдой, то звезды начинали бы свою жизнь как очень горячие звезды «раннего типа», а затем постепенно остывали бы до звезд «позднего типа». Этот механизм позволил определить возраст Солнца , который был намного меньше, чем тот, который наблюдается в геологических записях , и был признан устаревшим после открытия того, что звезды питаются за счет ядерного синтеза . [69] Термины «ранний» и «поздний» были перенесены после исчезновения модели, на которой они были основаны.
Звезды О-типа очень горячие и чрезвычайно яркие, большая часть их излучения приходится на ультрафиолетовый диапазон. Это самые редкие из всех звезд главной последовательности. Примерно 1 из 3 000 000 (0,00003%) звезд главной последовательности в окрестностях Солнца являются звездами О-типа. [c] [10] Некоторые из самых массивных звезд относятся к этому спектральному классу. Звезды О-типа часто имеют сложное окружение, что затрудняет измерение их спектров.
Спектры О-типа раньше определялись отношением интенсивности He II λ4541 к силе He I λ4471, где λ — длина волны излучения . Спектральный тип O7 был определен как точка, в которой две интенсивности равны, при этом линия He I ослабляется в сторону более ранних типов. Тип О3 по определению был точкой, в которой указанная линия полностью исчезает, хотя с помощью современных технологий ее можно увидеть очень слабо. В связи с этим в современном определении используется соотношение линии азота N IV λ4058 к N III λλ4634-40-42. [70]
Звезды О-типа имеют доминирующие линии поглощения, а иногда и эмиссии линий He II, выраженные линии ионизированного ( Si IV, O III, N III и C III) и нейтрального гелия , усиливающиеся от O5 до O9, и заметные линии Бальмера водорода . хотя и не так сильно, как у более поздних типов. Звезды О-типа с большей массой не сохраняют обширной атмосферы из-за чрезвычайной скорости их звездного ветра , которая может достигать 2000 км/с. Из-за своей массивности звезды О-типа имеют очень горячие ядра и очень быстро сгорают водородное топливо, поэтому они являются первыми звездами, покинувшими главную последовательность .
Когда классификационная схема МКК была впервые описана в 1943 году, единственными используемыми подтипами класса O были от O5 до O9.5. [71] Схема MKK была расширена до O9.7 в 1971 году [72] и O4 в 1978 году, [73] и впоследствии были введены новые классификационные схемы, которые добавили типы O2, O3 и O3.5. [74]
Спектральные стандарты: [68]
Звезды B-типа очень яркие и голубые. В их спектрах присутствуют линии нейтрального гелия, которые наиболее выражены в подклассе B2, и умеренные линии водорода. Поскольку звезды O- и B-типов очень энергичны, они живут сравнительно недолго. Таким образом, из-за малой вероятности кинематического взаимодействия в течение жизни они не способны далеко уйти от области, в которой образовались, за исключением убегающих звезд .
Первоначально переход из класса O в класс B был определен как точка, в которой исчезает He II λ4541. Однако с современным оборудованием эта линия все еще видна у ранних звезд B-типа. Сегодня для звезд главной последовательности класс B вместо этого определяется интенсивностью фиолетового спектра He I, причем максимальная интенсивность соответствует классу B2. Для сверхгигантов вместо этого используются линии кремния ; линии Si IV λ4089 и Si III λ4552 указывают на ранний B. В середине B интенсивность последнего по сравнению с интенсивностью Si II λλ4128-30 является определяющей характеристикой, тогда как для позднего B это интенсивность Mg II λ4481 по сравнению с He I λ4471. [70]
Эти звезды обычно находятся в возникших OB-ассоциациях , которые связаны с гигантскими молекулярными облаками . Ассоциация Орион OB1 занимает большую часть спирального рукава Млечного Пути и содержит множество ярких звезд созвездия Ориона . Примерно 1 из 800 (0,125%) звезд главной последовательности в окрестностях Солнца являются звездами главной последовательности B-типа . [c] [10] Звезды B-типа относительно редки, ближайшая к ним — Регул, находящаяся на расстоянии около 80 световых лет. [75]
Было замечено, что массивные, но не сверхгигантские звезды, известные как Ве-звезды , демонстрируют одну или несколько бальмеровских линий в излучении, при этом особый интерес представляют серии электромагнитного излучения , связанные с водородом , излучаемые звездами. Обычно считается, что Be-звезды характеризуются необычно сильными звездными ветрами , высокими температурами поверхности и значительным истощением звездной массы , поскольку объекты вращаются с необычайно высокой скоростью. [76]
Объекты, известные как звезды B[e] — или звезды B(e) по типографским причинам — обладают характерными нейтральными эмиссионными линиями или линиями с низкой ионизацией , которые, как считается, имеют запрещенные механизмы и подвергаются процессам, которые обычно не разрешены в соответствии с современным пониманием квантовой механики .
Спектральные стандарты: [68]
Звезды А-типа являются одними из наиболее распространенных звезд, видимых невооруженным глазом, и имеют белый или голубовато-белый цвет. Они имеют сильные линии водорода в максимуме на А0, а также линии ионизированных металлов ( Fe II, Mg II, Si II) в максимуме на А5. К этому моменту присутствие линий Ca II заметно усиливается. Примерно 1 из 160 (0,625%) звезд главной последовательности в окрестностях Солнца являются звездами А-типа, [c] [10] , который включает 9 звезд в пределах 15 парсеков. [77]
Спектральные стандарты: [68]
Звезды F-типа имеют усиливающиеся спектральные линии H и K Ca II . Нейтральные металлы ( Fe I, Cr I) начинают усиливать линии ионизированных металлов поздним F. Их спектры характеризуются более слабыми линиями водорода и ионизированных металлов. Их цвет белый. Примерно 1 из 33 (3,03%) звезд главной последовательности в окрестностях Солнца являются звездами F-типа, [c] [10] , включая 1 звезду Процион А в пределах 20 лет назад. [78]
Спектральные стандарты: [68] [79] [80] [81] [82]
Звезды G-типа, включая Солнце , [ 13] имеют выраженные спектральные линии H и K Ca II, которые наиболее выражены в G2. Они имеют еще более слабые линии водорода, чем F, но наряду с ионизированными металлами имеют нейтральные металлы. В полосе G молекул CN наблюдается заметный всплеск . Звезды главной последовательности класса G составляют около 7,5%, почти каждая тринадцатая, звезд главной последовательности в окрестностях Солнца. В пределах 10 пк находится 21 звезда G-типа. [с] [10]
Класс G содержит «Желтую эволюционную пустоту». [83] Звезды-сверхгиганты часто колеблются между O или B (синий) и K или M (красный). При этом они недолго остаются в нестабильном классе желтых сверхгигантов .
Спектральные стандарты: [68]
Звезды K-типа — это оранжевые звезды, которые немного холоднее Солнца. Они составляют около 12% звезд главной последовательности в окрестностях Солнца. [c] [10] Существуют также гигантские звезды K-типа, которые варьируются от гипергигантов, таких как RW Цефея , до гигантов и сверхгигантов , таких как Арктур , тогда как оранжевые карлики , такие как Альфа Центавра B, являются звездами главной последовательности.
У них чрезвычайно слабые линии водорода, если они вообще присутствуют, и преимущественно нейтральных металлов ( MnI , FeI , SiI ). К концу K появляются молекулярные полосы оксида титана . Таким образом, основные теории (основанные на более низкой вредной радиоактивности и продолжительности жизни звезд) предполагают, что такие звезды имеют оптимальные шансы на развитие высокоразвитой жизни на орбитальных планетах (если такая жизнь напрямую аналогична земной) из-за широкой обитаемой зоны, но гораздо менее вредной. периоды эмиссии по сравнению с периодами с наиболее широкими такими зонами. [84] [85]
Спектральные стандарты: [68]
Звезды класса М являются наиболее распространенными. Около 76% звезд главной последовательности в окрестностях Солнца являются звездами класса M. [c] [f] [10] Однако звезды главной последовательности класса M ( красные карлики ) имеют настолько низкую светимость, что ни одна из них не является достаточно яркой, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом, за исключением исключительных условий. Самая яркая известная звезда главной последовательности класса M — это Лакайль 8760 класса M0V со звездной величиной 6,7 (предельная звездная величина для типичной видимости невооруженным глазом в хороших условиях обычно указывается как 6,5), и крайне маловероятно, что какие-либо более яркие примеры будут быть найденным.
Хотя большинство звезд класса M являются красными карликами, большинство крупнейших известных звезд-сверхгигантов в Млечном Пути являются звездами класса M, такими как VY Canis Majoris , VV Cephei , Антарес и Бетельгейзе . Более того, некоторые более крупные и горячие коричневые карлики относятся к позднему классу M, обычно в диапазоне от M6,5 до M9,5.
В спектре звезды класса М присутствуют линии молекул оксидов (в видимом спектре , особенно TiO ) и всех нейтральных металлов, но линии поглощения водорода обычно отсутствуют. Полосы TiO могут быть сильными у звезд класса M, обычно доминируя в их видимом спектре примерно на M5. Полосы оксида ванадия(II) появляются у позднего M.
Спектральные стандарты: [68]
Ряд новых спектральных классов был принят в использование из недавно открытых типов звезд. [86]
В спектрах некоторых очень горячих и голубоватых звезд наблюдаются заметные линии излучения углерода или азота, а иногда и кислорода.
Звезды Вольфа–Райе класса W [88] или WR , когда-то включенные в состав звезд типа O, отличаются отсутствием в спектрах линий водорода. Вместо этого в их спектрах преобладают широкие эмиссионные линии высокоионизированного гелия, азота, углерода и иногда кислорода. Считается, что в основном это умирающие сверхгиганты, слои водорода которых сдуваются звездными ветрами , тем самым непосредственно обнажая их горячие гелиевые оболочки. Класс WR далее делится на подклассы в зависимости от относительной силы эмиссионных линий азота и углерода в их спектрах (и внешних слоях). [39]
Диапазон спектров WR указан ниже: [89] [90]
Хотя центральные звезды большинства планетарных туманностей (CSPNe) демонстрируют спектры О-типа, [91] около 10% из них испытывают дефицит водорода и имеют спектры WR. [92] Это звезды малой массы, и чтобы отличить их от массивных звезд Вольфа–Райе, их спектры заключены в квадратные скобки: например, [WC]. Большинство из них имеют спектры [WC], некоторые [WO] и очень редко [WN].
Слэш - звезды — это звезды О-типа с WN-подобными линиями в спектре. Название «косая черта» происходит от напечатанного спектрального типа, содержащего косую черту (например, «Of/WNL» [70] ).
В этих спектрах обнаружена вторичная группа, более холодная, «промежуточная» группа, обозначенная «Ofpe/WN9». [70] Эти звезды также назывались WN10 или WN11, но это стало менее популярным с осознанием эволюционного отличия от других звезд Вольфа-Райе. Недавние открытия еще более редких звезд расширили диапазон косых звезд до O2-3.5If * /WN5-7, которые даже горячее, чем первоначальные «косые» звезды. [93]
Это О-звезды с сильными магнитными полями. Обозначение Of?p. [70]
Новые спектральные классы L, T и Y были созданы для классификации инфракрасных спектров холодных звезд. Сюда входят как красные карлики , так и коричневые карлики , которые очень слабы в видимом спектре . [94]
Коричневые карлики , звезды, которые не подвергаются синтезу водорода , с возрастом остывают и таким образом переходят в более поздние спектральные классы. Коричневые карлики начинают свою жизнь со спектрами M-типа и проходят через спектральные классы L, T и Y тем быстрее, чем они менее массивны; коричневые карлики с самой высокой массой не могли остыть до Y или даже T-карликов за время существования Вселенной. Поскольку это приводит к неразрешимому перекрытию между эффективной температурой и светимостью спектральных типов для некоторых масс и возрастов разных типов LTY, невозможно указать четкие значения температуры или светимости . [9]
Карлики класса L получили свое обозначение, потому что они холоднее звезд M, а L — оставшаяся буква алфавита, ближайшая к M. Некоторые из этих объектов имеют массы, достаточно большие, чтобы поддерживать синтез водорода, и поэтому являются звездами, но большинство из них имеют субзвездную массу и, следовательно, являются звездами. коричневые карлики. Они темно-красного цвета и ярче всего в инфракрасном диапазоне . Их атмосфера достаточно прохладная, чтобы в их спектрах выделялись гидриды металлов и щелочные металлы . [95] [96] [97]
Из-за низкой поверхностной гравитации в звездах-гигантах конденсаты, содержащие TiO и VO , никогда не образуются. Таким образом, звезды L-типа крупнее карликов никогда не смогут образоваться в изолированной среде. Однако эти сверхгиганты L-типа могут образоваться в результате столкновений звезд, примером которых является V838 Monocerotis в разгар извержения яркой красной новой .
Карлики класса Т — это холодные коричневые карлики с температурой поверхности примерно от 550 до 1300 К (от 277 до 1027 ° C; от 530 до 1880 ° F). Пик их излучения приходится на инфракрасную область . В их спектрах выделяется метан . [95] [96]
Исследование количества проплидов (протопланетных дисков, сгустков газа в туманностях , из которых формируются звезды и планетные системы) показывает, что число звезд в галактике должно быть на несколько порядков выше, чем предполагалось ранее. Предполагается, что эти проплиды конкурируют друг с другом. Первым из них сформируется протозвезда , которая является очень агрессивным объектом и разрушает другие проплиды поблизости, лишая их газа. Проплиды-жертвы, вероятно, впоследствии станут звездами главной последовательности или коричневыми карликами классов L и T, которые для нас совершенно невидимы. [98]
Коричневые карлики спектрального класса Y холоднее карликов спектрального класса Т и имеют качественно отличающиеся от них спектры. По состоянию на август 2013 года в общей сложности 17 объектов были отнесены к классу Y. [99] Хотя такие карлики были смоделированы [100] и обнаружены в пределах сорока световых лет с помощью Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) [86] [ 101] [102] [103] [104] пока нет четко определенной спектральной последовательности и нет прототипов. Тем не менее, несколько объектов были предложены как спектральные классы Y0, Y1 и Y2. [105]
Спектры этих перспективных Y-объектов демонстрируют поглощение около 1,55 микрометра . [106] Делорм и др. предположили, что эта особенность обусловлена поглощением аммиака и что это следует рассматривать как показательную особенность TY-перехода. [106] [107] Фактически, эта особенность поглощения аммиака является основным критерием, который был принят для определения этого класса. [105] Однако эту особенность трудно отличить от поглощения водой и метаном , [106] и другие авторы заявляют, что присвоение класса Y0 преждевременно. [108]
Последний коричневый карлик, предложенный для спектрального класса Y, WISE 1828+2650 , представляет собой карлик > Y2 с эффективной температурой, первоначально оцененной около 300 К , температуры человеческого тела. [101] [102] [109] Однако измерения параллакса с тех пор показали, что его светимость несовместима с тем, что он холоднее ~ 400 К. Самый холодный Y-карлик, известный в настоящее время, - это WISE 0855-0714 с приблизительной температурой 250 К, и масса всего в семь раз больше Юпитера. [110]
Диапазон масс Y-карликов составляет 9–25 масс Юпитера , но молодые объекты могут достигать массы ниже одной массы Юпитера (хотя они остывают, чтобы стать планетами), что означает, что объекты класса Y находятся между пределом синтеза дейтерия в 13 масс Юпитера , который отмечает текущий предел масс Юпитера. Разделение МАС между коричневыми карликами и планетами. [105]
Молодые коричневые карлики имеют низкую поверхностную гравитацию , поскольку они имеют больший радиус и меньшую массу по сравнению со звездами поля аналогичного спектрального класса. Эти источники отмечены буквой бета ( β ) для средней поверхностной гравитации и гамма ( γ ) для низкой поверхностной гравитации. Признаком низкой поверхностной силы тяжести являются слабые линии CaH, KI и NaI , а также сильная линия VO. [113] Альфа ( α ) означает нормальную поверхностную гравитацию и обычно отбрасывается. Иногда чрезвычайно низкую поверхностную силу тяжести обозначают дельтой ( δ ). [115] Суффикс «pec» означает своеобразный. Своеобразный суффикс до сих пор используется для других необычных особенностей и суммирует различные свойства, указывающие на низкую поверхностную гравитацию, субкарлики и неразрешенные двойные системы. [116] Префикс sd означает субдварф и включает только крутых субдварфов. Эта приставка указывает на низкую металличность и кинематические свойства, которые больше похожи на звезды гало , чем на звезды диска . [112] Субкарлики кажутся более синими, чем дисковые объекты. [117] Красный суффикс описывает объекты красного цвета, но более старшего возраста. Это интерпретируется не как низкая поверхностная гравитация, а как высокое содержание пыли. [114] [115] Синий суффикс описывает объекты синего цвета в ближнем инфракрасном диапазоне , которые нельзя объяснить низкой металличностью. Некоторые из них объясняются как двойные L+T, другие не являются двойными, например 2MASS J11263991-5003550 , и объясняются тонкими и/или крупнозернистыми облаками. [115]
Углеродные звезды — это звезды, спектры которых указывают на образование углерода — побочного продукта синтеза тройного альфа- гелия. С увеличением содержания углерода и некоторым параллельным производством тяжелых элементов s-процессом спектры этих звезд все больше отклоняются от обычных поздних спектральных классов G, K и M. Эквивалентными классами для звезд с высоким содержанием углерода являются S и C.
Предполагается, что гиганты среди этих звезд сами производят этот углерод, но некоторые звезды этого класса являются двойными звездами, чья странная атмосфера, как подозревается, была передана от компаньона, который теперь является белым карликом, когда компаньоном была углеродная звезда. .
Первоначально классифицированные как звезды R и N, они также известны как углеродные звезды . Это красные гиганты, приближающиеся к концу своей жизни, у которых в атмосфере наблюдается избыток углерода. Старые классы R и N существовали параллельно обычной системе классификации примерно от середины G до позднего M. Совсем недавно они были преобразованы в единый углеродный классификатор C, где N0 начинается примерно с C6. Другая подгруппа холодных углеродных звезд — это звезды C–J-типа, для которых характерно сильное присутствие молекул 13 CN в дополнение к молекулам 12 CN . [118] Известно несколько углеродных звезд главной последовательности, но подавляющее большинство известных углеродных звезд являются гигантами или сверхгигантами. Существует несколько подклассов:
Звезды класса S образуют континуум между звездами класса M и углеродными звездами. Те, кто наиболее похож на звезды класса M, имеют сильные полосы поглощения ZrO, аналогичные полосам TiO звезд класса M, тогда как те, кто наиболее похож на углеродные звезды, имеют сильные D-линии натрия и слабые полосы C 2 . [119] Звезды класса S имеют избыточное количество циркония и других элементов, образующихся в результате s-процесса , и имеют более схожее содержание углерода и кислорода, чем звезды класса M или углеродные звезды. Как и углеродные звезды, почти все известные звезды класса S являются звездами асимптотической ветви гигантов .
Спектральный класс формируется буквой S и числом от нуля до десяти. Это число соответствует температуре звезды и примерно соответствует температурной шкале, используемой для гигантов класса М. Наиболее распространенные типы — от S3 до S5. Нестандартное обозначение S10 использовалось для звезды Хи Лебедя только при крайнем минимуме.
За основной классификацией обычно следует указание численности по одной из нескольких схем: S2,5; С2/5; С2 Zr4 Ти2; или S2*5. Число после запятой представляет собой шкалу от 1 до 9, основанную на соотношении ZrO и TiO. Число после косой черты — это более новая, но менее распространенная схема, предназначенная для обозначения соотношения углерода и кислорода по шкале от 1 до 10, где 0 соответствует звезде ГП. Интенсивность циркония и титана может быть указана явно. Также иногда можно увидеть число после звездочки, которое обозначает интенсивность полос ZrO по шкале от 1 до 5.
Между классами M и S пограничные случаи называются звездами MS. Подобным образом пограничные случаи между классами S и CN называются SC или CS. Предполагается, что последовательность M → MS → S → SC → CN представляет собой последовательность увеличения содержания углерода с возрастом для углеродных звезд в асимптотической ветви гигантов .
Класс D (от «Вырожденные» ) — это современная классификация, используемая для белых карликов — звезд малой массы, которые больше не подвергаются ядерному синтезу и уменьшились до размеров планеты, медленно остывая. Класс D далее делится на спектральные типы DA, DB, DC, DO, DQ, DX и DZ. Буквы не связаны с буквами, используемыми в классификации других звезд, а вместо этого указывают на состав видимого внешнего слоя или атмосферы белого карлика.
Типы белых карликов следующие: [120] [121]
За типом следует число, обозначающее температуру поверхности белого карлика. Это число представляет собой округленную форму 50400/ Teff , где Teff — эффективная температура поверхности , измеряемая в кельвинах . Первоначально это число округлялось до одной из цифр от 1 до 9, но в последнее время стали использоваться дробные значения, а также значения ниже 1 и выше 9. (Например DA1.5 для IK Pegasi B) [120] [122]
Две или более букв могут использоваться для обозначения белого карлика, который отображает более одной из вышеперечисленных спектральных особенностей. [120]
Для белых карликов используется другой набор символов спектральных особенностей, чем для других типов звезд: [120]
Наконец, классы P и Q остались от системы, разработанной Кэнноном для Каталога Генри Дрейпера . Иногда их используют для обозначения некоторых незвездных объектов: объекты типа P — это звезды внутри планетарных туманностей (обычно молодые белые карлики или бедные водородом гиганты M); Объекты типа Q являются новыми . [ нужна цитата ]
Звездные остатки – это объекты, связанные с гибелью звезд. В категорию включены белые карлики , и как видно из кардинально иной схемы классификации класса D, незвездные объекты трудно уместить в систему МК.
Диаграмма Герцшпрунга-Рассела, на которой основана система МК, носит наблюдательный характер, поэтому эти остатки нелегко нанести на диаграмму или вообще невозможно разместить. Старые нейтронные звезды относительно малы и холодны и должны располагаться в крайней правой части диаграммы. Планетарные туманности динамичны и имеют тенденцию быстро тускнеть по мере того, как звезда-прародитель переходит в ветвь белых карликов. Если бы она была показана, планетарная туманность была бы изображена справа от верхнего правого квадранта диаграммы. Черная дыра сама по себе не излучает видимого света и поэтому не отображается на диаграмме. [123]
Была предложена система классификации нейтронных звезд с использованием римских цифр: тип I для менее массивных нейтронных звезд с низкой скоростью остывания, тип II для более массивных нейтронных звезд с более высокими скоростями остывания и предлагаемый тип III для более массивных нейтронных звезд (возможно, экзотических). звездные кандидаты) с более высокими скоростями охлаждения. [124] Чем массивнее нейтронная звезда, тем больший поток нейтрино она несет. Эти нейтрино уносят столько тепловой энергии, что всего за несколько лет температура изолированной нейтронной звезды падает с порядка миллиардов до всего лишь около миллиона Кельвинов. Эту предложенную систему классификации нейтронных звезд не следует путать с более ранними спектральными классами Секки и классами светимости Йеркса.
Несколько спектральных классов, ранее использовавшихся для нестандартных звезд в середине 20 века, были заменены во время пересмотра системы классификации звезд. Их все еще можно найти в старых изданиях звездных каталогов: R и N были включены в новый класс C как CR и CN.
Хотя люди в конечном итоге смогут колонизировать любую звездную среду обитания, в этом разделе будет рассмотрена вероятность возникновения жизни вокруг других звезд.
Стабильность, светимость и продолжительность жизни — все это факторы обитаемости звезд. Людям известна только одна звезда, на которой есть жизнь, Солнце G-класса, звезда с обилием тяжелых элементов и низкой изменчивостью блеска. Солнечная система также отличается от многих звездных систем тем, что содержит только одну звезду (см. Обитаемость двойных звездных систем ).
Учитывая эти ограничения и проблемы наличия только одного эмпирического набора выборок, диапазон звезд, которые, по прогнозам, способны поддерживать жизнь, ограничен несколькими факторами. Из типов звезд главной последовательности звезды, массивные более чем в 1,5 раза массивнее Солнца (спектральные типы O, B и A), стареют слишком быстро для развития развитой жизни (с использованием Земли в качестве ориентира). С другой стороны, карлики с массой менее половины Солнца (спектральный тип M), вероятно, будут запирать планеты в пределах их обитаемой зоны, наряду с другими проблемами (см. Обитаемость систем красных карликов ). [125] Хотя существует множество проблем, с которыми сталкивается жизнь на красных карликах, многие астрономы продолжают моделировать эти системы из-за их большого количества и долговечности.
По этим причинам миссия НАСА «Кеплер » ищет пригодные для жизни планеты у близлежащих звезд главной последовательности, которые менее массивны, чем спектральный класс A, но более массивны, чем тип M, что делает наиболее вероятными звезды для размещения жизненных карликовых звезд типов F, G и K. [125 ]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )