В астрономии звездная классификация — это классификация звезд на основе их спектральных характеристик. Электромагнитное излучение звезды анализируется путем его расщепления призмой или дифракционной решеткой в спектр, демонстрирующий радугу цветов , перемежающихся спектральными линиями . Каждая линия указывает на определенный химический элемент или молекулу , а сила линии указывает на распространенность этого элемента. Сила различных спектральных линий меняется в основном из-за температуры фотосферы , хотя в некоторых случаях существуют истинные различия в распространенности. Спектральный класс звезды — это короткий код, в первую очередь суммирующий состояние ионизации , дающий объективную меру температуры фотосферы.
Большинство звезд в настоящее время классифицируются по системе Моргана-Кинана (MK) с использованием букв O , B , A , F , G , K и M , последовательности от самых горячих ( тип O ) до самых холодных ( тип M ). Затем каждый буквенный класс подразделяется с использованием числовой цифры, где 0 — самые горячие, а 9 — самые холодные (например, A8, A9, F0 и F1 образуют последовательность от более горячих к более холодным). Последовательность была расширена тремя классами для других звезд, которые не вписываются в классическую систему: W , S и C. Некоторым незвездным объектам также были присвоены буквы: D для белых карликов и L , T и Y для коричневых карликов .
В системе MK класс светимости добавляется к спектральному классу с использованием римских цифр . Он основан на ширине определенных линий поглощения в спектре звезды, которые изменяются в зависимости от плотности атмосферы и, таким образом, отличают гигантские звезды 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 . Полный спектральный класс для Солнца тогда будет G2V, что указывает на звезду главной последовательности с температурой поверхности около 5800 К.
Традиционное описание цвета учитывает только пик звездного спектра. Однако в действительности звезды излучают во всех частях спектра. Поскольку все спектральные цвета в совокупности кажутся белыми, фактические видимые цвета, которые наблюдает человеческий глаз, намного светлее, чем предполагают традиционные описания цветов. Эта характеристика «светлости» указывает на то, что упрощенное назначение цветов в спектре может вводить в заблуждение. За исключением эффектов цветового контраста при тусклом свете, в типичных условиях наблюдения нет зеленых, голубых, индиговых или фиолетовых звезд. «Желтые» карлики, такие как Солнце , белые, «красные» карлики имеют глубокий оттенок желтого/оранжевого, а «коричневые» карлики не кажутся буквально коричневыми, но гипотетически кажутся тускло-красными или серо-черными для близкого наблюдателя.
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 объяснено ниже, образуя спектральный тип звезды.
Другие современные системы классификации звезд , такие как система UBV , основаны на индексах цвета — измеренных различиях в трех или более величинах цвета . [2] Эти числа обозначаются как «U−V» или «B−V», которые представляют цвета, пропускаемые двумя стандартными фильтрами (например, ультрафиолетовый , синий и визуальный ).
Гарвардская система — это одномерная схема классификации астронома Энни Джамп Кэннон , которая переупорядочила и упростила предыдущую алфавитную систему Дрейпера (см. Историю). Звезды группируются в соответствии со своими спектральными характеристиками по отдельным буквам алфавита, опционально с числовыми подразделениями. Звезды главной последовательности имеют температуру поверхности приблизительно от 2000 до 50000 К , тогда как более развитые звезды могут иметь температуру выше 100000 К [ требуется ссылка ] . Физически классы указывают температуру атмосферы звезды и обычно перечисляются от самой горячей к самой холодной.
Распространенная мнемоника для запоминания порядка букв спектрального типа, от самых горячих к самым холодным, — « О , будь хорошим парнем / девушкой : поцелуй меня ! » , или еще одна — « Наши прекрасные астрономы часто генерируют убийственные мнемоники ! » . [ 11 ]
Спектральные классы от O до M, а также другие более специализированные классы, обсуждаемые далее, подразделяются арабскими цифрами (0–9), где 0 обозначает самые горячие звезды данного класса. Например, A0 обозначает самые горячие звезды в классе A, а A9 обозначает самые холодные. Допускаются дробные числа; например, звезда Mu Normae классифицируется как O9.7. [ 12] Солнце классифицируется как G2. [13]
Тот факт, что Гарвардская классификация звезды указывала ее поверхностную или фотосферную температуру (или, точнее, ее эффективную температуру ), не был полностью понят до ее разработки, хотя к тому времени, когда была сформулирована первая диаграмма Герцшпрунга-Рассела (к 1914 году), это, как правило, считалось верным. [14] В 1920-х годах индийский физик Мегхнад Саха вывел теорию ионизации, распространив известные идеи физической химии, относящиеся к диссоциации молекул, на ионизацию атомов. Сначала он применил ее к солнечной хромосфере, затем к звездным спектрам. [15]
Гарвардский астроном Сесилия Пейн затем продемонстрировала, что спектральная последовательность OBAFGKM на самом деле является последовательностью по температуре. [16] Поскольку последовательность классификации предшествует нашему пониманию того, что это температурная последовательность, размещение спектра в данном подтипе, таком как B3 или A7, зависит от (в значительной степени субъективных) оценок интенсивности особенностей поглощения в звездных спектрах. В результате эти подтипы не делятся 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 систему спектральной классификации звезд, введенную в 1943 году Уильямом Уилсоном Морганом , Филиппом К. Кинаном и Эдит Келлман из Йеркской обсерватории . [19] Эта двумерная ( температура и светимость ) схема классификации основана на спектральных линиях, чувствительных к звездной температуре и поверхностной гравитации , которая связана со светимостью (в то время как Гарвардская классификация основана только на температуре поверхности). Позже, в 1953 году, после некоторых изменений в списке стандартных звезд и критериев 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 расширение спектральных линий давлением. Гравитация, а следовательно, и давление, на поверхности гигантской звезды намного ниже, чем у карликовой звезды , поскольку радиус гиганта намного больше, чем у карлика аналогичной массы. Поэтому различия в спектре можно интерпретировать как эффекты светимости , и класс светимости можно назначить исключительно на основе изучения спектра.
Различают несколько различных классов светимости , перечисленных в таблице ниже. [21]
Допускаются пограничные случаи; например, звезда может быть как сверхгигантом, так и ярким гигантом, или может находиться между субгигантом и главной последовательностью. В этих случаях используются два специальных символа:
Например, звезда, классифицируемая как A3-4III/IV, будет находиться между спектральными типами A3 и A4, являясь при этом либо гигантской звездой, либо субгигантом.
Используются также классы субкарликов: VI — субкарлики (звезды, немного менее яркие, чем главная последовательность).
Номинальный класс светимости VII (а иногда и более высокие цифры) в настоящее время редко используется для классов белых карликов или «горячих субкарликов», поскольку температурные обозначения звезд главной последовательности и гигантских звезд больше не применяются к белым карликам.
Иногда буквы a и b применяются к классам светимости, отличным от сверхгигантов; например, гигантской звезде, которая немного менее ярка, чем типичная, может быть присвоен класс светимости IIIb, в то время как класс светимости IIIa указывает на звезду, которая немного ярче типичного гиганта. [31]
Выборка экстремальных звезд V с сильным поглощением в спектральных линиях He II λ4686 получила обозначение Vz . Примером звезды является HD 93129 B. [ 32]
Дополнительная номенклатура в виде строчных букв может следовать за спектральным типом для указания особенностей спектра. [33]
Например, 59 Лебедя указан как спектральный тип B1.5Vnne [40] , что указывает на спектр с общей классификацией B1.5V, а также очень широкие линии поглощения и определенные линии излучения.
Причина странного расположения букв в Гарвардской классификации историческая: она произошла от более ранних классов Секки и постепенно изменялась по мере улучшения понимания.
В 1860-х и 1870-х годах пионер звездной спектроскопии 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 эта классификация начала заменяться Гарвардской классификацией, которая обсуждается в оставшейся части этой статьи. [44] [45] [46]
Римские цифры, используемые для классов Секки, не следует путать с совершенно не связанными с ними римскими цифрами, используемыми для классов светимости Йеркса и предлагаемых классов нейтронных звезд.
В 1880-х годах астроном Эдвард К. Пикеринг начал проводить обзор 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 была признана классификацией более 10 000 характерных звезд и открытием 10 новых и более 200 переменных звезд. [52] С помощью компьютеров Гарварда , особенно Уильямины Флеминг , была разработана первая итерация каталога Генри Дрейпера, чтобы заменить схему с римскими цифрами, установленную Анджело Секки. [53]
Каталог использовал схему, в которой ранее используемые классы Секки (I–V) были подразделены на более конкретные классы, которым были присвоены буквы от A до P. Кроме того, буква Q использовалась для звезд, не вписывающихся 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, испускаемых звездами, и приводит к изменению внешнего вида цвета. Спектры в классе A, как правило, производили самые сильные линии поглощения водорода, в то время как спектры в классе O практически не производили видимых линий. Система букв отображала постепенное уменьшение поглощения водорода в спектральных классах при движении вниз по алфавиту. Эта система классификации была позже изменена Энни Джамп Кэннон и Антонией Мори для создания схемы спектральной классификации Гарварда. [52] [54]
В 1897 году другой астроном из Гарварда, Антония Мори , поместила подтип Ориона класса Секки I выше оставшейся части класса Секки I, тем самым поместив современный тип B выше современного типа A. Она была первой, кто сделал это, хотя она не использовала буквенные спектральные типы, а вместо этого использовала серию из двадцати двух типов, пронумерованных от I до XXII. [55] [56]
Поскольку 22 римские числовые группировки не учитывали дополнительных изменений в спектрах, были сделаны три дополнительных деления для дальнейшего уточнения различий: были добавлены строчные буквы для дифференциации относительного появления линий в спектрах; линии были определены как: [57]
Антония Мори опубликовала свой собственный каталог звездной классификации в 1897 году 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 женщина была отмечена как автор публикации обсерватории. [58]
В 1901 году Энни Джамп Кэннон вернулась к буквенным типам, но исключила все буквы, кроме O, B, A, F, G, K, M и N, используемых в этом порядке, а также P для планетарных туманностей и Q для некоторых необычных спектров. Она также использовала такие типы, как B5A для звезд на полпути между типами B и A, F2G для звезд на одной пятой пути 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 системы классификации. Эта система была разработана путем анализа спектров на фотографических пластинах, которые могли преобразовывать свет, излучаемый звездами, в читаемый спектр. [63]
Классификация светимости, известная как система Маунт-Вилсон, использовалась для различения звезд с разной светимостью. [64] [65] [66] Эта система обозначений иногда встречается и в современных спектрах. [67]
Система звездной классификации является таксономической , основанной на типовых образцах , аналогично классификации видов в биологии : категории определяются одной или несколькими стандартными звездами для каждой категории и подкатегории с соответствующим описанием отличительных особенностей. [68]
Звезды часто называют ранними или поздними типами. «Ранние» — синоним более горячих , а «поздние» — синоним более холодных .
В зависимости от контекста, «ранний» и «поздний» могут быть абсолютными или относительными терминами. «Ранний» как абсолютный термин, таким образом, будет относиться к звездам O или B, и, возможно, A. Как относительная ссылка, он относится к звездам, более горячим, чем другие, например, «ранний K» — это, возможно, K0, K1, K2 и K3.
Термин «поздний» используется в том же смысле, без каких-либо оговорок, применительно к звездам со спектральными типами, такими как K и M, но его также можно использовать для звезд, которые холоднее других звезд, например, термин «поздний G» используется для обозначения звезд G7, G8 и G9.
В относительном смысле «ранний» означает меньшую арабскую цифру, стоящую после буквы класса, а «поздний» означает большую цифру.
Эта неясная терминология является пережитком модели звездной эволюции конца девятнадцатого века , которая предполагала, что звезды питаются гравитационным сжатием через механизм 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 обеспечивал возраст Солнца , который был намного меньше того, что наблюдается в геологической летописи , и был признан устаревшим с открытием того, что звезды питаются ядерным синтезом . [69] Термины «ранний» и «поздний» были перенесены, несмотря на упадок модели, на которой они основывались.
Звезды O-типа очень горячие и чрезвычайно яркие, большая часть их излучения находится в ультрафиолетовом диапазоне. Это самые редкие из всех звезд главной последовательности. Примерно 1 из 3 000 000 (0,00003%) звезд главной последовательности в окрестностях Солнца являются звездами O-типа. [c] [10] Некоторые из самых массивных звезд лежат в этом спектральном классе. Звезды O-типа часто имеют сложное окружение, которое затрудняет измерение их спектров.
Спектры O-типа ранее определялись отношением силы He II λ4541 к силе He I λ4471, где λ — длина волны излучения . Спектральный тип O7 был определен как точка, в которой обе интенсивности равны, причем линия He I ослабевает в сторону более ранних типов. Тип O3 был, по определению, точкой, в которой указанная линия полностью исчезает, хотя ее можно увидеть очень слабо с помощью современных технологий. В связи с этим современное определение использует отношение линии азота N IV λ4058 к N III λλ4634-40-42. [70]
Звезды O-типа имеют доминирующие линии поглощения и иногда испускания для линий He II, заметные ионизированные ( Si IV, O III, N III и C III) и нейтральные линии гелия , усиливающиеся от O5 до O9, и заметные водородные линии Бальмера , хотя и не такие сильные, как в более поздних типах. Звезды O-типа с большей массой не сохраняют обширные атмосферы из-за чрезвычайной скорости их звездного ветра , которая может достигать 2000 км/с. Поскольку они настолько массивны, звезды O-типа имеют очень горячие ядра и очень быстро сжигают свое водородное топливо, поэтому они являются первыми звездами, покидающими главную последовательность .
Когда схема классификации MKK была впервые описана в 1943 году, единственными используемыми подтипами класса O были O5–O9.5. [71] Схема MKK была расширена до O9.7 в 1971 году [72] и O4 в 1978 году [73] , а впоследствии были введены новые схемы классификации, которые добавляют типы O2, O3 и O3.5. [74]
Спектральные стандарты: [68]
Звезды B-типа очень яркие и голубые. В их спектрах есть нейтральные линии гелия, которые наиболее заметны в подклассе B2, и умеренные линии водорода. Поскольку звезды O- и B-типа очень энергичны, они живут относительно недолго. Таким образом, из-за низкой вероятности кинематического взаимодействия в течение их жизни они не могут далеко уйти от области, в которой они сформировались, за исключением убегающих звезд .
Переход от класса O к классу B изначально определялся как точка, в которой исчезает линия He II λ4541. Однако с современным оборудованием эта линия все еще видна в ранних звездах B-типа. Сегодня для звезд главной последовательности класс B определяется интенсивностью фиолетового спектра He I, при этом 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 определяющей характеристикой является интенсивность последней относительно интенсивности Si II λλ4128-30, в то время как для позднего B это интенсивность Mg II λ4481 относительно интенсивности He I λ4471. [70]
Эти звезды, как правило, находятся в их исходных ассоциациях OB , которые связаны с гигантскими молекулярными облаками . Ассоциация Ориона OB1 занимает большую часть спирального рукава Млечного Пути и содержит множество ярких звезд созвездия Ориона . Около 1 из 800 (0,125%) звезд главной последовательности в окрестностях Солнца являются звездами главной последовательности B-типа . [c] [10] Звезды B-типа относительно редки, и ближайшая к ним — Регул, находящийся на расстоянии около 80 световых лет. [75]
Массивные, но не сверхгигантские звезды, известные как звезды Be , как было замечено, демонстрируют одну или несколько линий Бальмера в излучении, при этом особый интерес представляют серии электромагнитного излучения, связанные с водородом, проецируемые звездами. Обычно считается, что звезды Be 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 отличительными нейтральными или слабоионизированными линиями излучения , которые, как считается, имеют запрещенные механизмы , подвергаясь процессам, обычно недопустимым в соответствии с современным пониманием квантовой механики .
Спектральные стандарты: [68]
Звезды типа А относятся к числу наиболее распространенных звезд, видимых невооруженным глазом, и являются белыми или голубовато-белыми. Они имеют сильные линии водорода, с максимумом в A0, а также линии ионизированных металлов ( Fe II, Mg II, Si II) с максимумом в A5. Присутствие линий Ca II заметно усиливается к этому моменту. Около 1 из 160 (0,625%) звезд главной последовательности в окрестностях Солнца являются звездами типа А, [c] [10] что 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 к концу F. Их спектры характеризуются более слабыми линиями водорода и ионизированных металлов. Их цвет белый. Около 1 из 33 (3,03%) звезд главной последовательности в окрестностях Солнца являются звездами F-типа, [ c] [10] включая 1 звезду Процион A в пределах 20 световых лет. [78]
Спектральные стандарты: [68] [79] [80] [81] [82]
Звезды G-типа, включая Солнце , [13] имеют заметные спектральные линии H и K Ca II, которые наиболее выражены в G2. У них есть еще более слабые линии водорода, чем F, но наряду с ионизированными металлами у них есть нейтральные металлы. В полосе G молекул CN есть заметный всплеск . Звезды главной последовательности класса G составляют около 7,5%, почти одну из тринадцати, звезд главной последовательности в окрестностях Солнца. В пределах 10 пк находится 21 звезда G-типа. [c] [10]
Класс G содержит «Желтую эволюционную пустоту». [83] Звезды-сверхгиганты часто колеблются между O или B (синий) и K или M (красный). Пока они это делают, они не остаются надолго 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.
Они имеют чрезвычайно слабые линии водорода, если они вообще присутствуют, и в основном нейтральные металлы ( Mn I, Fe I, Si I). К концу K появляются молекулярные полосы оксида титана . Основные теории (те, которые основаны на более низкой вредной радиоактивности и долговечности звезд) таким образом предполагают, что такие звезды имеют оптимальные шансы на развитие сильно развитой жизни на орбитальных планетах (если такая жизнь напрямую аналогична земной) из-за широкой обитаемой зоны, но при этом гораздо более низких вредных периодов излучения по сравнению с теми, у которых самые широкие такие зоны. [84] [85]
Спектральные стандарты: [68]
Звезды класса M 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 такую низкую светимость, что ни одна из них не является достаточно яркой, чтобы быть видимой невооруженным глазом, если только не возникают исключительные условия. Самая яркая известная звезда главной последовательности класса M — Lacaille 8760 , класс M0V, с величиной 6,7 (предельная величина для типичной видимости невооруженным глазом при хороших условиях обычно указывается как 6,5), и крайне маловероятно, что будут найдены какие-либо более яркие примеры.
Хотя большинство звезд класса M являются красными карликами, большинство крупнейших известных сверхгигантов в Млечном Пути являются звездами класса M, такими как VY Canis Majoris , VV Cephei , Antares и Betelgeuse . Кроме того, некоторые более крупные и горячие коричневые карлики являются звездами позднего класса M, обычно в диапазоне от M6.5 до M9.5.
Спектр звезды класса M содержит линии от молекул оксидов (в видимом спектре , особенно TiO ) и всех нейтральных металлов, но линии поглощения водорода обычно отсутствуют. Полосы TiO могут быть интенсивными в звездах класса M, обычно доминируя в их видимом спектре примерно на M5. Полосы оксида ванадия(II) становятся заметными к концу M.
Спектральные стандарты: [68]
Ряд новых спектральных типов были приняты во внимание из недавно открытых типов звезд. [86]
В спектрах некоторых очень горячих и голубоватых звезд наблюдаются выраженные линии излучения углерода или азота, а иногда и кислорода.
Когда-то включенные в класс O-звезды, звезды Вольфа-Райе класса W [88] или WR примечательны спектрами, в которых отсутствуют линии водорода. Вместо этого в их спектрах доминируют широкие линии излучения высокоионизированного гелия, азота, углерода и иногда кислорода. Считается, что в основном они являются умирающими сверхгигантами, у которых водородные слои сдуваются звездными ветрами , тем самым напрямую обнажая их горячие гелиевые оболочки. Класс WR далее делится на подклассы в соответствии с относительной силой линий излучения азота и углерода в их спектрах (и внешних слоях). [39]
Диапазон спектров WR приведен ниже: [89] [90]
Хотя центральные звезды большинства планетарных туманностей (CSPNe) показывают спектры O-типа, [91] около 10% имеют дефицит водорода и показывают 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 показывают спектры [WC], некоторые [WO] и очень редко [WN].
Звезды со слэшем — это звезды O-типа с линиями типа WN в спектрах. Название «слэш» происходит от их напечатанного спектрального типа, имеющего слэш (например, «Of/WNL») [70] ).
Существует вторичная группа, обнаруженная с этими спектрами, более холодная, «промежуточная» группа, обозначенная как «Ofpe/WN9». [70] Эти звезды также упоминались как 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 звезд слеша до O2-3.5If * /WN5-7, которые еще горячее, чем исходные звезды «слеша». [93]
Это звезды O с сильными магнитными полями. Обозначение Of?p. [70]
Новые спектральные типы L, T и Y были созданы для классификации инфракрасных спектров холодных звезд. Это включает как красные карлики , так и коричневые карлики , которые очень слабы в видимом спектре . [94]
Коричневые карлики , звезды, которые не подвергаются водородному синтезу , охлаждаются по мере старения и, таким образом, переходят к более поздним спектральным типам. Коричневые карлики начинают свою жизнь со спектрами M-типа и будут охлаждаться через спектральные классы L, T и Y, тем быстрее, чем менее массивны они; коричневые карлики с самой большой массой не могли остыть до Y или даже T-карликов в течение возраста Вселенной. Поскольку это приводит к неразрешимому перекрытию между эффективной температурой и светимостью спектральных типов для некоторых масс и возрастов различных типов LTY, нельзя дать четких значений 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 массу, достаточную для поддержания водородного синтеза, и поэтому являются звездами, но большинство имеют субзвездную массу и поэтому являются коричневыми карликами. Они очень темно-красного цвета и наиболее яркие в инфракрасном диапазоне . Их атмосфера достаточно холодная, чтобы позволить гидридам металлов и щелочным металлам быть заметными в их спектрах. [95] [96] [97]
Из-за низкой поверхностной гравитации в гигантских звездах конденсаты, содержащие TiO - и VO -, никогда не образуются. Таким образом, звезды L-типа, большие, чем карлики, никогда не могут образоваться в изолированной среде. Однако, возможно, что эти сверхгиганты L-типа могут образоваться в результате столкновений звезд, примером чего является V838 Monocerotis во время пика своего яркого извержения красной новой .
Карлики класса T — это холодные коричневые карлики с температурой поверхности примерно от 550 до 1300 К (от 277 до 1027 °C; от 530 до 1880 °F). Их пики излучения находятся в инфракрасном диапазоне . В их спектрах заметно присутствие метана . [95] [96]
Изучение количества проплидов (протопланетных дисков, сгустков газа в туманностях , из которых формируются звезды и планетные системы) показывает, что количество звезд в галактике должно быть на несколько порядков больше, чем предполагалось ранее. Предполагается, что эти проплиды соревнуются друг с другом. Первый из них станет протозвездой , которая является очень агрессивным объектом и будет разрушать другие проплиды поблизости, лишая их газа. Затем проплиды-жертвы, вероятно, станут звездами главной последовательности или коричневыми карликами классов L и T, которые совершенно невидимы для нас. [98]
Коричневые карлики спектрального класса Y холоднее, чем те, что относятся к спектральному классу T, и имеют качественно отличные от них спектры. Всего 17 объектов были отнесены к классу Y по состоянию на август 2013 года. [99] Хотя такие карлики были смоделированы [100] и обнаружены в радиусе сорока световых лет с помощью Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) [86] [101] [102] [103] [104] , пока нет четко определенной спектральной последовательности и прототипов. Тем не менее, несколько объектов были предложены как спектральные классы Y0, Y1 и Y2. [105]
Спектры этих предполагаемых объектов Y демонстрируют поглощение около 1,55 микрометров . [106] Делорм и др. предположили, что эта особенность обусловлена поглощением аммиаком , и что это следует рассматривать как показательную особенность для перехода TY. [106] [107] Фактически, эта особенность поглощения аммиаком 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 заявили, что присвоение класса Y0 преждевременно. [108]
Последний коричневый карлик, предложенный для спектрального типа Y, WISE 1828+2650 , является карликом > Y2 с эффективной температурой, первоначально оцененной около 300 К , что соответствует температуре человеческого тела. [101] [102] [109] Однако измерения параллакса с тех пор показали, что его светимость не соответствует тому, что он холоднее ~400 К. Самый холодный известный в настоящее время карлик Y - WISE 0855−0714 с приблизительной температурой 250 К и массой всего в семь раз больше, чем у Юпитера. [110]
Диапазон масс Y-карликов составляет 9–25 масс Юпитера , но молодые объекты могут достигать массы ниже одной массы Юпитера (хотя они остывают, превращаясь в планеты), что означает, что объекты класса Y находятся в пределах 13 масс Юпитера, определяемых термоядерным синтезом дейтерия , что соответствует текущему разделению 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 типа. Эти источники отмечены буквой бета ( β ) для промежуточной поверхностной гравитации и гамма ( γ ) для низкой поверхностной гравитации. Признаком низкой поверхностной гравитации являются слабые линии CaH, K I и Na I , а также сильная линия VO. [113] Альфа ( α ) обозначает нормальную поверхностную гравитацию и обычно опускается. Иногда чрезвычайно низкая поверхностная гравитация обозначается дельтой ( δ ). [115] Суффикс «pec» обозначает пекулярный. Пекулярный суффикс все еще используется для других необычных особенностей и суммирует различные свойства, указывающие на низкую поверхностную гравитацию, субкарликов и неразрешенных двойных. [116] Префикс sd обозначает субкарликовый и включает только холодные субкарлики. Этот префикс указывает на низкую металличность и кинематические свойства, которые больше похожи на звезды гало , чем на дисковые звезды. [112] Субкарлики кажутся более синими, чем дисковые объекты. [117] Красный суффикс описывает объекты с красным цветом, но более старого возраста. Это не интерпретируется как низкая поверхностная гравитация, а как высокое содержание пыли. [114] [115] Синий суффикс описывает объекты с синими цветами в ближнем инфракрасном диапазоне , которые не могут быть объяснены 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 производство углерода — побочного продукта тройного альфа- гелиевого синтеза. С увеличением содержания углерода и некоторым параллельным s-процессом производства тяжелых элементов спектры этих звезд все больше отклоняются от обычных поздних спектральных классов G, K и M. Эквивалентными классами для звезд, богатых углеродом, 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 предполагается, была перенесена от компаньона, который сейчас является белым карликом, когда этот компаньон был углеродной звездой.
Первоначально классифицированные как звезды R и N, они также известны как углеродные звезды . Это красные гиганты, близкие к концу своей жизни, в которых наблюдается избыток углерода в атмосфере. Старые классы R и N шли параллельно обычной системе классификации примерно от середины G до поздней M. Совсем недавно они были перекартографированы в единый углеродный классификатор C с N0, начинающимся примерно с C6. Другим подклассом холодных углеродных звезд являются звезды типа C–J, которые характеризуются сильным присутствием 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, которые наиболее похожи на звезды класса M, имеют сильные полосы поглощения ZrO, аналогичные полосам TiO звезд класса M, тогда как те, которые наиболее похожи на углеродные звезды, имеют сильные линии натрия D и слабые полосы C 2 . [119] Звезды класса S имеют избыточное количество циркония и других элементов, полученных в результате s-процесса , и имеют более схожее содержание углерода и кислорода со звездами класса M или углеродными звездами. Как и углеродные звезды, почти все известные звезды класса S являются звездами асимптотической ветви гигантов .
Спектральный тип формируется буквой S и числом от нуля до десяти. Это число соответствует температуре звезды и приблизительно следует температурной шкале, используемой для гигантов класса M. Наиболее распространенные типы — от S3 до S5. Нестандартное обозначение S10 использовалось только для звезды Chi Cygni, когда она достигла крайнего минимума.
За базовой классификацией обычно следует указание распространенности, следуя одной из нескольких схем: S2,5; S2/5; S2 Zr4 Ti2; или S2*5. Число после запятой представляет собой шкалу от 1 до 9, основанную на соотношении ZrO и TiO. Число после косой черты представляет собой более позднюю, но менее распространенную схему, предназначенную для представления соотношения углерода к кислороду по шкале от 1 до 10, где 0 будет звездой MS. Интенсивности циркония и титана могут быть указаны явно. Также иногда можно увидеть число после звездочки, которое представляет силу полос ZrO по шкале от 1 до 5.
Между классами M и S пограничные случаи называются звездами MS. Аналогичным образом пограничные случаи между классами S и CN называются SC или CS. Предполагается, что последовательность M → MS → S → SC → CN является последовательностью увеличения содержания углерода с возрастом для углеродных звезд в асимптотической ветви гигантов .
Класс D (от Degenerate — вырожденный ) — это современная классификация, используемая для белых карликов — звезд малой массы, которые больше не подвергаются ядерному синтезу и сжались до планетарных размеров, 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, указывающее температуру поверхности белого карлика. Это число представляет собой округленную форму 50400/ T eff , где T eff — эффективная температура поверхности , измеряемая в кельвинах . Первоначально это число округлялось до одной из цифр от 1 до 9, но в последнее время начали использоваться дробные значения, а также значения ниже 1 и выше 9. (Например, DA1.5 для IK Pegasi B) [120] [122]
Для обозначения белого карлика, имеющего более одной из перечисленных выше спектральных характеристик, можно использовать две или более букв типа. [120]
Для белых карликов используется другой набор символов спектральных особенностей, чем для других типов звезд: [120]
Яркие голубые переменные (LBV) — редкие, массивные и эволюционировавшие звезды, которые демонстрируют непредсказуемые и иногда драматические изменения в своих спектрах и яркости. В своих «спокойных» состояниях они обычно похожи на звезды B-типа, хотя и с необычными спектральными линиями. Во время вспышек они больше похожи на звезды F-типа, со значительно более низкими температурами. Во многих работах LBV рассматривается как его собственный спектральный тип. [123] [124]
Наконец, классы P и Q остались от системы, разработанной Кэнноном для каталога Генри Дрейпера . Они иногда используются для определенных незвездных объектов: объекты типа P — это звезды внутри планетарных туманностей (обычно молодые белые карлики или бедные водородом гиганты M); объекты типа Q — это новые . [ необходима ссылка ]
Звездные остатки — это объекты, связанные со смертью звезд. В эту категорию включены белые карлики , и, как видно из радикально отличающейся схемы классификации для класса D, незвездные объекты трудно вписать в систему MK.
Диаграмма Герцшпрунга-Рассела, на которой основана система МК, является наблюдательной по своей природе, поэтому эти остатки не могут быть легко нанесены на диаграмму или вообще не могут быть размещены. Старые нейтронные звезды относительно малы и холодны и будут находиться на крайней правой стороне диаграммы. Планетарные туманности динамичны и имеют тенденцию быстро тускнеть по мере того, как звезда-прародитель переходит в ветвь белых карликов. Если бы они были показаны, планетарная туманность была бы нанесена справа от верхнего правого квадранта диаграммы. Черная дыра не излучает собственного видимого света и, следовательно, не будет отображаться на диаграмме. [125]
Была предложена система классификации нейтронных звезд с использованием римских цифр: тип I для менее массивных нейтронных звезд с низкими скоростями охлаждения, тип II для более массивных нейтронных звезд с более высокими скоростями охлаждения и предлагаемый тип III для более массивных нейтронных звезд (возможных экзотических кандидатов в звезды) с более высокими скоростями охлаждения. [126] Чем массивнее нейтронная звезда, тем больший поток нейтрино она переносит. Эти нейтрино уносят так много тепловой энергии, что всего через несколько лет температура изолированной нейтронной звезды падает с порядка миллиардов до всего лишь около миллиона Кельвинов. Эту предлагаемую систему классификации нейтронных звезд не следует путать с более ранними спектральными классами Секки и классами светимости Йеркса.
Несколько спектральных типов, которые ранее использовались для нестандартных звезд в середине 20-го века, были заменены в ходе пересмотра системы звездной классификации. 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 мы рассмотрим вероятность возникновения жизни вокруг других звезд.
Стабильность, светимость и продолжительность жизни являются факторами обитаемости звезд. Человечество знает только одну звезду, на которой есть жизнь, — Солнце класса G, звезда с обилием тяжелых элементов и низкой изменчивостью яркости. Солнечная система также отличается от многих звездных систем тем, что содержит только одну звезду (см. Обитаемость двойных звездных систем ).
Исходя из этих ограничений и проблем с наличием эмпирического набора образцов, состоящего только из одной звезды, диапазон звезд, которые, как прогнозируется, способны поддерживать жизнь, ограничен несколькими факторами. Из типов звезд главной последовательности звезды, более массивные, чем в 1,5 раза массивнее Солнца (спектральные типы O, B и A), стареют слишком быстро для развития развитой жизни (используя Землю в качестве ориентира). С другой стороны, карлики с массой менее половины массы Солнца (спектральный тип M) могут приливно заблокировать планеты в пределах их обитаемой зоны, наряду с другими проблемами (см. Обитаемость систем красных карликов ). [127] Хотя существует множество проблем, с которыми сталкивается жизнь на красных карликах, многие астрономы продолжают моделировать эти системы из-за их огромного количества и долговечности.
По этим причинам миссия НАСА «Кеплер» ищет пригодные для жизни планеты у близлежащих звезд главной последовательности, которые менее массивны, чем спектральный тип A, но более массивны, чем тип M, что делает их наиболее вероятными носителями карликовых звезд типов F, G и K. [127]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )