Цвет звезд зависит от температуры их поверхности. Звезды излучают свет по всему электромагнитному спектру, но пиковая длина волны света, которую они излучают, соответствует их температуре. Более горячие звезды кажутся голубовато-белыми, а более холодные — красновато-оранжевыми. Так самые холодные звезды — голубые или белые? Давайте подробнее рассмотрим звездную классификацию и цвета звезд.
Астрономы классифицируют звезды по их спектрам на категории O, B, A, F, G, K и M. Это известно как Гарвардская система спектральной классификации или, чаще, последовательность OBAFGKM.
Звезды O — самые горячие с температурой поверхности более 30 000 К. Они кажутся голубовато-белыми. Далее следуют звезды B с температурой от 10 000 К до 30 000 К. Они тоже выглядят голубовато-белыми.
Звезды класса A имеют температуру от 7500 К до 10 000 К и имеют белый цвет. Звезды класса F следуют от 6000 К до 7500 К с желтовато-белым оттенком. Наше Солнце — звезда класса G с температурой около 5800 К и желтым цветом.
Звезды класса K имеют температуру от 3500 К до 5000 К и оранжевый цвет. Наконец, звезды класса M — самые холодные с температурой ниже 3500 К и темно-красным цветом.
Таким образом, в целом последовательность идет от горячих, голубоватых звезд к холодным, красноватым:
O -> B -> A -> F -> G -> K -> M
Но когда астрономы говорят о «холодных звездах», они обычно имеют в виду звезды-карлики K и M с температурой ниже 5000 К.
Звезды-карлики K имеют температуру от 3500 до 5000 К. Примерами карликов K являются Эпсилон Инди, 61 Лебедя и Тау Кита. Они имеют оранжевый или красновато-оранжевый оттенок.
Некоторые из самых ранних карликов K, открытых в 19 веке, были ошибочно приняты за красные гигантские звезды из-за их оранжево-красного вида. Но спектроскопия показала, что на самом деле они являются звездами главной последовательности, более холодными, чем Солнце.
Карлики K составляют около 12% звезд в нашей галактике Млечный Путь и более 75% звезд в окрестностях Солнца. Из-за своей малой массы и светимости К-карлики сжигают свое топливо очень медленно и могут жить до 70 миллиардов лет, что намного дольше, чем 10 миллиардов лет жизни звезды вроде нашего Солнца.
Так что К-карликовые звезды определенно не голубые. Их оранжево-красный цвет соответствует «более холодному» концу последовательности звездных температур.
М-карликовые звезды имеют температуру поверхности ниже 3500 К. Известные примеры включают Звезду Барнарда, Вольфа 359, Проксиму Центавра и TRAPPIST-1. Их излучение достигает пика в инфракрасном диапазоне, поэтому М-карлики имеют глубокий красный цвет.
При температуре от 2400 до 3500 К М-карликовые звезды излучают очень мало видимого света. Но они все еще светят в инфракрасном диапазоне, что позволяет нам обнаруживать и анализировать их.
М-карлики — безусловно, самый распространенный тип звезд, они составляют 75–80 % всех звезд в Млечном Пути. Их малая масса и светимость означают, что М-карлики будут гореть триллионы лет, намного дольше, чем современный возраст Вселенной.
Так что М-карлики также определенно не голубые. Как самый холодный класс звезд, они очень сильно излучают в красной и инфракрасной частях спектра, но почти не излучают синий или видимый свет.
Цвет звезды зависит от температуры ее поверхности в соответствии с принципами излучения черного тела. Более горячие объекты излучают более синие, короткие длины волн, в то время как более холодные объекты излучают более красные, длинные волны.
Вот почему звезды O, B и A кажутся голубовато-белыми — их высокие температуры (>7500 K) означают, что они сильно излучают в синей области видимого спектра.
Наше желтое Солнце находится при промежуточной температуре 5800 K. Более холодные карлики K и еще более холодные карлики M излучают сильнее всего в красных и инфракрасных длинах волн, что придает им оранжево-красный оттенок.
Звездная классификация основана на этой связи между температурой поверхности звезды и пиковым цветом излучения. Поскольку астрономы измеряют больше температур звезд с помощью спектроскопии, система OBAFGKM помогает организовать их в осмысленную последовательность.
Помимо цвета, звездные классы сильно различаются по размеру. В таблице ниже приведены основные свойства:
| Класс | Температура | Цвет | Радиус | Масса |
|---|---|---|---|---|
| O | > 30 000 К | Синий | 6-20 солнечных радиусов | 16-120 солнечных масс |
| B | 10 000 – 30 000 К | Сине-белый | 1,5-8 солнечных радиусов | 2,1-16 солнечных масс |
| A | 7 500 – 10 000 К | Белый | 1,4-2 солнечных радиуса | 1,4-2,1 солнечных масс |
| F | 6000 – 7500 К | Желто-белый | 1,15-1,4 солнечных радиусов | 1,04-1,4 солнечных масс |
| G | 5300 – 6000 К | Желтый | 0,96-1,15 солнечных радиусов | 0,8-1,04 солнечных масс |
| K | 3500 – 5000 К | Оранжевый | 0,7-0,96 солнечных радиусов | 0,45-0,8 солнечных массы |
| M | Красный |
Горячие звезды O и B являются сверхгигантами, во много раз больше нашего Солнца. Звезды главной последовательности K и M намного меньше и тусклее Солнца. Таким образом, звездный класс также коррелирует с размером — горячие звезды физически намного больше холодных звезд.
Температура и цвет звезды изменяются в течение ее жизни по мере того, как она сжигает топливо. Звезды рождаются из коллапсирующих газовых облаков. На этой ранней стадии протозвезды нагреваются, но все еще остаются холодными красными объектами.
После зажигания новая звезда будет находиться на главной последовательности, стабильно сжигая водород в гелий в течение миллиардов лет. Наше Солнце в настоящее время находится в этой средней фазе жизни.
В конце концов, звезды выходят из главной последовательности и становятся красными гигантами, поскольку они сливают более тяжелые элементы. Они заканчивают жизнь как горячие голубые белые карлики или взрываются в эффектных сверхновых.
Таким образом, отдельная звезда может менять цвет с красного на желтый и синий по мере старения. Но ее звездный класс остается прежним, поскольку он зависит только от начальной массы и состава. Классы помогают различать разные типы звезд на схожих этапах жизни.
Одной из причин, по которой астрономы изучают звезды-карлики K и M, является поиск планет. Небольшой размер и светимость звезд-карликов облегчают обнаружение планетарных транзитов.
Когда вращающаяся планета проходит перед звездой, она слегка приглушает свет звезды. Этот периодический провал может выявить экзопланету. Вокруг карликов M с помощью транзитной техники были обнаружены тысячи планет.
TRAPPIST-1, сверххолодная звезда-карлик M, содержит 7 умеренных планет размером с Землю. Их транзиты были измерены телескопом TRAPPIST и космическим телескопом Spitzer. TRAPPIST-1 показывает, что даже тусклые, холодные красные звезды могут содержать потенциально пригодные для жизни миры.
Предстоящие миссии, такие как James Webb и PLATO, продолжат исследовать K- и M-карлики на предмет экзопланет. Их низкие температуры и длительное время жизни делают карликовые звезды главными целями в поисках жизни в нашей галактике.
Подводя итог, можно сказать, что самая холодная категория звезд — это K- и M-карликовые звезды. Несмотря на термин «холодные», они не излучают синий свет, а вместо этого светятся от красноватого до темно-красного. Горячие звезды O и B имеют голубовато-белый цвет, а промежуточные типы A, F и G имеют белый или желтый цвет.
Цвет звезды зависит от температуры ее поверхности и пикового излучения в соответствии с принципами черного тела. Более холодные звезды излучают более длинные волны в красном и инфракрасном диапазонах, становясь оранжевыми или красными. Более горячие звезды излучают больше синего света.
Звездная классификация организует звезды по температуре и помогает объяснить, почему у них разные наблюдаемые свойства, такие как цвет. По мере развития астрономии система OBAFGKM остается ценным инструментом для понимания различий между типами звезд и поиска миров за пределами нашей Солнечной системы.