Звёзды. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Звёзды - гигантские светящиеся плазменные (газовые) шары, равновесие к-рых обеспечивается балансом между силой гравитации и давлением горячего вещества (газа) и излучения. С Земли даже в самые сильные телескопы все 3. (за исключением Солнца)

Схематизированная диаграмма Герцшпрунга - Ресселла (L - светимость звезды, Т - эффективная температура).

видны как светящиеся точки на фоне чёрного ночного неба. Потеря энергии 3. на излучение компенсируется выделением в недрах 3. ядерной энергии, гравитац. сжатием 3., остыванием её вещества. Осн. часть излучающего наблюдаемого вещества во Вселенной заключена в 3. Остальное известное вещество, существующее преим. в форме газа, активно взаимодействует со 3., служит строительным материалом для новых поколений 3. и способствует перемешиванию продуктов их эволюции - хим. элементов тяжелее гелия. Осн. источник информации о 3.- их наблюдения во всех доступных диапазонах длин волн эл--магн. излучения

, в т. ч. с космич. аппаратов, позволивших устранить влияние земной атмосферы на результаты измерений. Большинство 3. сосредоточены в галактиках - гравитационно связанных комплексах 3. размером 10²²-10²³ см, содержащих 10⁸-10¹² звёзд в каждой. Примерно 10^-³ от числа 3. нашей Галактики включены в гравитационно связанные звёздные скопления - рассеянные и шаровые. Практически все 3. входят в состав двойных звёзд или звёздных систем более высокой кратности. В наиб. тесных двойных звёздных системах приливные силы могут придавать 3. несферич. форму (эллипсоидальную, грушевидную и др.). Диапазон характерных масс 3. составляет 0,1 - 100 M₈ (масса Солнца M₈~2.10³³ г). В 3. с массой M < ~ 0,1 M₈ невозможно термоядерное горение водорода, а 3.с M > ~ 100 M₈ неустойчивы. Светимость 3. изменяется в широком диапазоне: (10^-³- 10⁶)L₈ (светимость Солнца L₈~4.10³³ эрг/с). Радиусы звёзд~(10^-²-10³)R₈ (радиус Солнца R₈~6,96.10¹⁰ см). Хим. состав вещества оболочек большинства 3.: 75% водорода, 23% гелия и ок. 2% более тяжёлых элементов (состав определяют спектроскопически). Хим. состав ядер 3. может значит. отличаться от состава поверхностных слоев, доступных наблюдениям (за счёт увеличения в недрах 3. содержания Не и более тяжёлых элементов, синтезируемых в ходе термоядерных реакций). Ок. 1% всех 3. обнаруживают значит. аномалии состава. Традиц. методом изучения 3. остаётся анализ их положения на Герцшпрунга - Ресселла диаграмме (рис.) (на основании данных об эффективной температуре Т_э излучения 3. и её полной светимости L). Светимость L и темп-pa Г_э позволяют найти радиус излучающей поверхности - фотосферы 3. с помощью ф-лы 4psT⁴_эR²=L, где s~5,75.10^-⁶ г.с^-³.К^-⁴ (см. Стефана - Больцмана закон излучения). Темп-pa Т_э3. может быть оценена неск. способами, напр., сравнением распределения энергии в спектре излучения 3. с Планка законом излучения или по относит. интенсивностям спектральных линий разл. элементов, чувствительных к температуре. Светимости 3. оцениваются по интегральному (на всех длинах волн) потоку излучения при известном расстоянии до них. Лучшим методом определения расстояния до звёзд остаётся измерение их параллакса (см. Расстояний шкала). На диаграмме Герцшпрунга - Ресселла 3. образуют неск. довольно чётких последовательностей, объяснение причин существования к-рых составляет одну из осы. задач совр. теории эволюции звёзд. Большинство 3. (~ 90%) на диаграмме находится в пределах сравнительно узкой полосы (d lgLх0,4) - т. н. главной последовательности (ГП), простирающейся от 3. со светимостью L ~ 10⁶ L₈, массой M~10² M₈ и радиусом R~30R₈ до 3. с L~10^-³L₈, M~10^-¹ M₈ и R~0,1R₈. Надёжно установлено, что в их недрах происходит термоядерный синтез гелия из водорода, сопровождающийся выделением значит. энергии, к-рую 3. затем излучает. Для 3. ГП найдено, что их светимости L, радиусы R и времена жизни t_вж являются однозначными функциями масс: L/L₈~ (M/M₈_О)⁴, R/R₈~ (M/M₈)^0,7 и для 3. с массами M=1 -10 M₈ время t_вж~10¹⁰(M₈/M)³лет. Солнце также относится к 3. ГП (3. солнечного типа наз. иногда жёлтыми карликами). Со стороны низких светимостей к 3. ГП примыкают т. н. коричневые (тёмные) карлики с Mх0,1M₈. Темп-pa в их недрах недостаточна для осуществления термоядерных реакций. Излучают такие 3. за счёт постепенного охлаждения их вещества. Обнаружение таких 3. крайне осложнено низкой светимостью, поэтому не исключено, что часть невидимого гравитирующего вещества нашей Галактики и Вселенной в целом заключена в таких карликах, образовавшихся, вероятно, в осн. на ранних стадиях эволюции Вселенной (см. Скрытая масса). Со стороны холодных 3. к ГП примыкают 3.-гиганты. Их радиусы меняются в пределах (1-100)R₈, а светимости - (1-1000)L₈. Большинство 3. этого типа имеют массу M~1M₈. Ядра 3.-гигантов состоят из гелия; водород горит в тонком слое (слоевом источнике энергии), окружающем вырожденное гелиевое ядро. Между ветвью гигантов и ГП находится горизонтальная ветвь, включающая 3. с L = 50L₈ и R ~ (0,3- 10)R₈. В ядрах этих 3. горит гелий, времена их жизни ~10⁸ лет. Со стороны высоких светимостей к ветви гигантов примыкают красные 3. т. н. асимптотич. ветви с L~ (10³-10⁴)L₈ и R ~ (10²-10³)R₈. Исследование спектров 3. асимптотич. ветви обнаружило значит. аномалии хим. состава их оболочек: повышенное обилие углерода и элементов - продуктов s-процесса (см. Ядерная астрофизика ),образованных в недрах этих 3. и вынесенных наружу конвекцией. Эти 3. имеют вырожденное углеродно-кислородное ядро и окружающий ядро двойной слоевой источник энергии, в к-ром происходит последовательное превращение водорода в гелий и гелия в углерод и кислород. Время жизни 3. асимптотич. ветви ~10⁶ лет, а массы (1-8)M₈. Самыми яркими красными 3. являются красные сверхгиганты с L ~ (10⁴-10⁶)L₈ и R ~ (10²- 10³)R₈. В ядрах большинства этих 3. горит гелий. Время их жизни неск. сотен тысяч лет. Их эволюция заканчивается взрывом сверхновых звёзд второго типа. К горячим 3. ГП справа примыкают голубые сверхгиганты с L ~ (10⁴-10⁶)L₈, R ~ (30-200)R₈ и М ~ (10- 100)M₈. В их недрах горит гелий и водород. Важным эволюц. фактором для наиб. ярких из них является истечение вещества из оболочки. Время жизни массивных 3. на этой стадии ~10⁵-10⁶ лет. Слева от ГП К ярчайшим 3. примыкают Вольфа - Райе звёзды, отличающиеся очень интенсивным истечением вещества (скорость потери массы до 10^-⁴ M₈ в год). Водород в атмосферах этих 3. практически отсутствует, что позволяет их рассматривать как позднюю стадию эволюции массивных 3., уже потерявших водородную оболочку. Масса 3. Вольфа - Райе (7-30)M₈, время жизни ~10⁵ лет. Левее ГП в сравнительно узкой полосе помещаются остывающие вырожденные карлики с M~lM₈ и R~10^-²R₈ (ядра планетарных туманностей, белые карлики и др.). Темп-pa ядер планетарных туманностей T_э~ (5-10).10⁴К. Поэтому они являются источниками фотонов жёсткого УФ-излучения, к-рые перерабатываются самой туманностью в фотоны с меньшей энергией, что делает туманности яркими в оптич. диапазоне и легко идентифицируемыми. Большинство вырожденных карликов состоят из углерода и кислорода с незначит. примесью более тяжёлых элементов. В оболочках большинства вырожденных карликов найден водород. К самым горячим 3. относятся нейтронные звезды с М~1,5M₈ и R ~ 10 км. Сила гравитации в них уравновешена давлением нейтронного газа. Одиночные нейтронные 3. с возрастом t_вжх10⁷ лет проявляют себя обычно как радиопульсары (см. Пульсары ),а нейтронные 3. в двойных звёздных системах - как рентг. источники. Излучение подавляющего большинства 3. за всё время их наблюдений (за время существования астрономии как науки) практически неизменно. Наряду с ними существуют отд. группы 3., излучение к-рых переменно (см. Переменные звёзды ).Наиб. известны переменные (пульсирующие) 3. из т. н. полосы неустойчивости на диаграмме Герцшпрунга - Ресселла (долгопериодич. цефеиды и др.). Причина пульсаций 3. цефеидного типа - периодич. задержка излучения в зоне второй ионизации гелия в звёздных оболочках (см. Пульсации звёзд ).Период пульсаций цефеид (1 - 100 сут, изредка больше) однозначно связан с их светимостью, что даёт возможность использовать эти 3. в качестве надёжных индикаторов расстояния. В месте пересечения полосы неустойчивости с горизонтальной ветвью располагаются пульсирующие 3. типа RR Лиры (с периодом ок. 12 ч), d Щита (с периодом в неск. часов), на пересечении с последовательностью вырожденных карликов - 3. типа ZZ Кита (с периодом ок. минуты). Существуют ещё неск. классов периодич. и квазипериодич. переменных 3. Переменность нек-рых 3. сводится к непериодически повторяющимся вспышкам (см. Вспыхивающие звёзды). С уменьшением амплитуды переменности блеска число переменных 3. быстро увеличивается. К числу переменных 3. могут быть отнесены новые звёзды и сверхновые звёзды. Новые 3. за неск. дней увеличивают свою светимость от 1L₈ до ~10⁴L₈ и остаются яркими в течение неск. недель, после чего их блеск постепенно убывает, возвращаясь к исходному. Взрыв новой 3. сопровождается сбросом газовой оболочки массой ~ (10^-⁴-10^-⁶)M₈. Выделяемая при взрыве энергия составляет ~10⁴⁵-10⁴⁶ эрг. Число вспышек новых в Галактике ~50 в год, но из-за поглощения излучения межзвёздной пылью только несколько из них удаётся обнаружить с Земли. Повторные новые вспыхивают с интервалом ~10²-10⁴ лет. Светимость сверхновых 3. в максимуме блеска достигает светимости средней галактики (~10⁹L₈). Продолжительность максимума блеска составляет неск. месяцев, энергия взрыва ~10⁵⁰-10⁵¹ эрг. В ходе вспышки сверхновой состояние 3. кардинально изменяется: она либо полностью разрушается, либо её ядро превращается в нейтронную 3., а оболочка сбрасывается.

Литература по звёздам

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.