Звезды бывают самых разных цветов и температур. Цвет звезды зависит от температуры ее поверхности — чем горячее звезда, тем она голубее. Самые холодные звезды имеют температуру поверхности ниже 3500 Кельвинов и кажутся красноватыми по цвету, в то время как самые горячие звезды могут достигать более 40 000 Кельвинов и приобретать яркий сине-белый оттенок. В этой статье мы рассмотрим, что определяет цвет и температуру звезды, и рассмотрим примеры самых горячих и самых холодных звезд, открытых на сегодняшний день.
Цвет и температура звезды в первую очередь определяются ее массой и возрастом. Когда рождаются звезды, гравитация заставляет водородный газ накапливаться и сжиматься в звездных яслях, называемых туманностями. В конце концов, когда накапливается достаточно массы, запускается ядерный синтез, и протозвезда начинает светиться. Более массивные звезды имеют более сильную гравитацию и более высокие давления и температуры в ядре, поэтому они синтезируют водород в гелий с большей скоростью, чем более мелкие, менее массивные звезды.
Это означает, что более массивные звезды быстрее потребляют свое ядерное топливо, быстрее развиваясь в течение своего жизненного цикла. Большие, горячие, голубые звезды могут жить всего несколько миллионов лет, прежде чем стать сверхновой, в то время как маленькие, холодные, красные карликовые звезды могут существовать сотни миллиардов лет. Масса звезды и скорость синтеза также определяют ее светимость — более массивные звезды изначально ярче.
По мере того, как звезды стареют и в их ядрах истощаются материалы для синтеза, их температура и светимость снижаются. Поэтому очень молодые звезды, как правило, горячее и голубее, в то время как старые звезды имеют тенденцию быть холоднее и краснее. Однако связь между массой, температурой и цветом является сложной. Давайте рассмотрим примеры самых холодных и самых горячих типов звезд, открытых на данный момент.
Самые холодные известные звезды — это красные карлики с температурой поверхности ниже 4000 Кельвинов. Несмотря на свою низкую температуру, красные карлики все еще достаточно горячи в своих ядрах для того, чтобы происходила реакция синтеза водорода. Яркие примеры красных карликов включают Проксиму Центавра (3050 К), TRAPPIST-1 (2550 К) и LHS 3447 (2030 К) — одни из самых маленьких известных звезд с радиусом менее одной десятой радиуса нашего Солнца.
| Название звезды | Спектральный тип | Температура |
|---|---|---|
| Проксима Центавра | Красный карлик M5.5Ve | 3050 К |
| TRAPPIST-1 | Красный карлик M8V | 2550 К |
| LHS 3447 | Красный карлик M9V | 2030 K |
Еще холоднее красных карликов — коричневые карлики с температурой ниже 2000 K. Коричневые карлики недостаточно массивны, чтобы поддерживать водородный синтез, поэтому их нельзя назвать звездами. Однако они похожи на звезды по внешнему виду и происходят из тех же газовых облаков, что и настоящие звезды. Некоторые примеры коричневых карликов включают WISE 0855?0714 (250 K), WD 0806-661B (1500 K) и WISE J085510.83-071442.5 (225-260 K) — самый холодный известный коричневый карлик.
На другом конце температурной шкалы самые горячие звезды — голубые гиганты и гипергиганты. Эти чудовища в десятки и сотни раз массивнее нашего Солнца, с температурой поверхности, превышающей 30 000 K.
Некоторые примеры включают Ригель (12 100 K) и Денеб (8 500 K), две из самых ярких звезд на нашем ночном небе. Самые горячие известные звезды еще более экстремальны, например, Эта Карина А (40 000 К), HD 93129A (50 000 К) и WR 102ka (200 000 К) — одна из самых горячих звезд, когда-либо наблюдавшихся.
| Название звезды | Спектральный тип | Температура |
|---|---|---|
| Ригель | Голубой сверхгигант B8Ia | 12 100 К |
| Денеб | Голубой сверхгигант A2Ia | 8 500 К |
| Эта Карина А | Яркая голубая переменная звезда | 40 000 K |
| HD 93129A | O2If* голубой гипергигант | 50 000 K |
| WR 102ka | Звезда Вольфа-Райе | 200 000 K |
Эти пылающие горячие звезды испускают большую часть своего излучения в ультрафиолете и выглядят поразительно синими или сине-белыми. Их экстремальные температуры являются результатом их огромных масс и светимостей, которые поддерживают их ядра в состоянии слияния с невероятно высокой скоростью. Однако они быстро сжигают свое ядерное топливо, прожив всего несколько миллионов лет, прежде чем испытать катастрофическую смерть в виде сверхновых или гамма-всплесков.
Между самыми холодными красными карликами и самыми горячими голубыми гигантами лежат звезды с промежуточными температурами, похожими на наше Солнце. Наше Солнце является звездой главной последовательности G-типа с температурой поверхности около 5800 К, что придает ему белый оттенок с желтым оттенком. Другие звезды около этой температуры включают Вегу (звезда A-типа, 9600 К) и Капеллу (гигантская звезда G-типа, 5300 К), которые кажутся белыми с голубоватыми или желтоватыми оттенками.
Хотя наше Солнце и подобные ему звезды относительно обычны по размеру, температуре и цвету, их стабильная продолжительность жизни в миллиарды лет делает их достаточно горячими для развития поддерживающих жизнь планетарных систем. Более массивные голубые звезды и меньшие красные карлики могут иметь планеты, но их звездная продолжительность жизни, вероятно, слишком коротка или изменчива для развитой жизни. Звезды с промежуточными температурами, по-видимому, являются лучшими инкубаторами для жизни, какой мы ее знаем.
Во всем диапазоне звездных температур, от самых холодных до самых горячих, звезды следуют последовательности классификации, изобретенной в начале 1900-х годов как Гарвардская спектральная классификация. От самых холодных до самых горячих последовательность выглядит следующим образом: M, K, G, F, A, B, O и отражает доминирующие длины волн света, излучаемого звездами. Затем каждый класс делится на 10 подтипов, пронумерованных от 0 до 9, на основе более тонких различий в их спектрах.
Наше Солнце является звездой G2 — посередине между классами K и F и на полпути вдоль их последовательности из 10 подтипов. Как уже упоминалось, более горячие голубые звезды, такие как Ригель, классифицируются как B8, а холодные красные карлики, такие как Проксима Центавра, классифицируются как M5.5. Эта спектральная классификация аккуратно упорядочивает звезды по соотношению между их цветами и температурами поверхности.
| Спектральный тип | Температурный диапазон | Цвет |
|---|---|---|
| M | 2000–3500 K | Красный |
| K | 3500–5000 K | Оранжевый |
| G | 5000–6000 K | Желтый |
| F | 6000–7500 K | Желто-белый |
| A | 7500 – 10000 К | Белый |
| B | 10000 – 30000 К | Сине-белый |
| O | Более 30000 К | Синий |
Эта последовательность демонстрирует тесную связь между температурой поверхности звезды и цветом, который она излучает и который мы видим. В то время как другие менее значительные факторы могут влиять на точный цвет звезды, эта взаимосвязь обычно сохраняется в широком спектре существующих типов звезд и температур.
От красных карликов до голубых гигантов звезды демонстрируют огромный диапазон температур поверхности, охватывающий тысячи градусов. Самые холодные красные карлики синтезируют водород при температуре чуть более 2000 Кельвинов, в то время как самые горячие голубые гипергиганты пылают при температуре более 50 000 Кельвинов. Цвет звезды тесно связан с ее температурой: более красные звезды холоднее, а более голубые звезды горячее.
Наше Солнце и другие желтые звезды G-типа достигают идеального баланса между холодной стабильностью и горячей интенсивностью, чтобы потенциально служить хозяевами пригодных для жизни планет и жизни, какой мы ее знаем. Изучение звездных цветов и температур дает представление о жизненных циклах и эволюции звезд во всей Вселенной. Продолжение каталогизации и анализа самых холодных коричневых карликов и самых ярких голубых гигантов углубляет наше понимание этих небесных тел, которые делают жизнь на нашей планете возможной.