|
|
ГЛАВА I ЧТО ТАКОЕ ДВОЙНАЯ СИСТЕМА?
ГЛАВА II ПАРАДОКС АЛГОЛЯ
ГЛАВА III
Ядерная эволюция
Перегорание водорода в гелий ≈ необратимый процесс. Запасы водорода в звезде ограничены. Термоядерные реакции могут идти только при достаточно высокой температуре и плотности. В центре Солнца плотность вещества достигает 100 г/см3. Реально в качестве топлива для звезд может служить только центральная их часть с массой, составляющей 10 % полной массы. Подсчитаем, на сколько времени хватит Солнцу ядерного топлива.
Полная энергия Солнца Мдс2 = 1047 Дж, ядерная энергия (Еяд) составляет примерно 1%, т. е. 1045 Дж, и с учетом того, что не все вещество может сгореть, получится 1044 Дж. Разделив эту величину на светимость Солнца L=4 1026 Дж/c, получим, что его ядерной энергии хватит на 10 миллиардов лет. Этого вполне достаточно, чтобы не вступать в противоречие с геологическими данными о возрасте Земли. Но, с другой стороны, это означает, что звезды не вечны: они эволюционируют. Постепенное выгорание легких элементов в звездах определяет их ядерную эволюцию. А время выгорания называют ядерным временем; оно определяется как
tяд =~ Еяд/L = lO10 (M/MСолнца)-2 лет. (10)
Зависимость ядерного времени от массы звезды может
быть получена, если учесть, что ядерная энергия звезды Еяд ~ Мс2, а светимость ведет себя примерно как L ~ М3. Подчеркнем, что правая часть формулы (10) ≈ это лишь грубое приближение. Чем больше звезда, тем быстрее она себя сжигает!Вспомним теперь диаграмму Герцшпрунга ≈ Рессела. Большинство звезд группируется вдоль главной последовательности. Это звезды, в центре которых происходит ядерное горение водорода. Именно водорода. Загорание более тяжелых элементов происходит при более высокой температуре (для них больше потенциальный барьер) и сопровождается уходом звезды с главной последовательности.
Сравним ядерное время звезды с ее тепловым временем (см. формулу (8)). Приближенно тепловое время зависит от массы звезды так:
Соотношение трех характерных времен ≈ динамического, теплового и ядерного ≈ определяет характер эволюции звезды. То, что динамическое время много меньше теплового и ядерного, означает, что звезда всегда успевает прийти в гидростатическое равновесие. А то, что тепловое время меньше ядерного,≈ что звезда успевает прийти и в тепловое равновесие, т. е. в равновесие между количеством энергии, выделяемым в центре в единицу времени, и количеством энергии, излучаемым поверхностью звезды (светимостью звезды). В Солнце каждые 30 миллионов лет обновляется запас тепловой энергии. Но энергия в Солнце переносится излучением. Значит, фотонами. Фотон, рожденный в термоядерной реакции в центре, на поверхности появляется через тепловое время, ~ 30 миллионов лет *). Если бы источники термоядерной энергии ⌠выключились■ сегодня, то Солнце продолжало бы светить еще миллионы лет.
При горении водорода рождаются не только фотоны, но и нейтрино. Нейтрино беспрепятственно выходят из Солнца со скоростью света за время, равное 700 000 км : 300 00 км/с = 2,3 с (радиус Солнца в световых секундах). Но ведь фотон тоже движется со скоростью света, а затрачивает 30 миллионов лет?! Конечно, все дело
в том, что фотон, постоянно поглощаясь и переизлучаясь, сильно запутывает свою траекторию, так что ее длина становится равной 30 миллионам световых лет (расстояние до далеких галактик) (см. рис. 31). За такое большое время излучение успевает прийти в тепловое равновесие с веществом, по которому оно движется. Поэтому спектр звезд и близок к спектру черного тела.Теория внутреннего строения звезд главной последовательности, построенная к началу 30-х годов Эддингтоном, полностью объяснила их наблюдаемые свойства.
Но на диаграмме Герцшпрунга ≈ Рессела строятся величины ⌠светимость ≈ спектр■, которые являются функцией масс звезд. Значит, для окончательного подтверждения теории необходимо было взвесить звезды. Здесь на помощь пришли двойные системы. Используя результаты фотометрических и спектральных наблюдений двойных, удалось определить массы многих сотен звезд и связь их со светимостью (см. рис. 32). Эта связь оказалась в прекрасном согласии с теорией. Но почему некоторые звезды на диаграмме Герцшпрунга ≈ Рессела не подчиняются главной последовательности?
*) Конечно, это будет уже совсем другой фотон (см. дальше).
