ЭВОЛЮ́ЦИЯ ЗВЁЗД

ЭВОЛЮ́ЦИЯ ЗВЁЗД, из­ме­не­ние внут­рен­не­го строе­ния и внеш­не­го ви­да звёзд с те­че­ни­ем вре­ме­ни, вы­зван­ное не­пре­рыв­ной по­те­рей энер­гии, из­лу­ча­емой в ок­ру­жаю­щее про­стран­ст­во. Пред­став­ле­ния о том, как ро­ж­да­ют­ся, жи­вут и уми­ра­ют звёз­ды, ос­но­ва­ны на срав­не­нии рас­чё­тов с на­блю­де­ния­ми боль­шо­го чис­ла звёзд на раз­ных эта­пах их эво­лю­ции.

Звёз­ды фор­ми­ру­ют­ся в меж­звёзд­ных га­зо­во-пы­ле­вых об­ла­ках, в ко­то­рых по тем или иным при­чи­нам на­ру­ша­ет­ся рав­но­ве­сие ме­ж­ду си­ла­ми тя­го­те­ния и га­зо­во­го дав­ле­ния, в ре­зуль­та­те че­го та­кие об­ла­ка на­чи­на­ют сжи­мать­ся (кол­лап­си­ро­вать). В про­цес­се кол­лап­са газ об­ла­ка на­гре­ва­ет­ся и уп­лот­ня­ет­ся, его дав­ле­ние воз­рас­та­ет и на­чи­на­ет тор­мо­зить сжа­тие. Умень­шив за неск. де­сят­ков ты­сяч лет свои раз­ме­ры в мил­лио­ны раз, об­ла­ко пре­вра­ща­ет­ся в мо­ло­дую звез­ду – объ­ект, в ко­то­ром тя­го­те­ние и дав­ле­ние га­за урав­но­ве­ши­ва­ют друг дру­га. По за­ко­ну со­хра­не­ния мо­мен­та им­пуль­са мед­лен­ное вра­ще­ние про­тоз­вёзд­но­го об­ла­ка во­круг сво­ей оси ус­ко­ря­ет­ся по ме­ре кол­лап­са. На­рас­таю­щие цен­тро­беж­ные си­лы вы­тя­ги­ва­ют об­ла­ко в на­прав­ле­нии, пер­пен­ди­ку­ляр­ном оси вра­ще­ния. Ес­ли ис­ход­ный мо­мент об­ла­ка дос­та­точ­но ве­лик, то эти си­лы раз­ры­ва­ют об­ла­ко на неск. час­тей, ка­ж­дая из ко­то­рых про­дол­жа­ет сжи­мать­ся, – так об­ра­зу­ют­ся двой­ные и крат­ные звёз­ды. В про­тив­ном слу­чае воз­ни­ка­ет оди­ноч­ная мо­ло­дая звез­да, ок­ру­жён­ная га­зо­во-пы­ле­вым про­то­пла­нет­ным дис­ком. Све­ти­мость мо­ло­дых звёзд под­дер­жи­ва­ет­ся их мед­лен­ным сжа­ти­ем, при ко­то­ром ра­бо­та сил тя­го­те­ния пе­ре­хо­дит в те­п­ло­ту, часть ко­то­рой из­лу­ча­ет­ся с по­верх­но­сти, а ос­та­ток идёт на на­грев внутр. сло­ёв.

У мо­ло­дых звёзд с мас­сой M>0,08M_☉ (M_☉ – мас­са Солн­ца) темп-ра в цен­тре под­ни­ма­ет­ся вы­ше 3 млн. К, и в их нед­рах на­чи­на­ют ид­ти тер­мо­ядер­ные ре­ак­ции пре­вра­ще­ния во­до­ро­да в ге­лий, мощ­но­сти ко­то­рых хва­та­ет для под­дер­жа­ния све­ти­мо­сти на нуж­ном уров­не, и сжа­тие пре­кра­ща­ет­ся – звез­да ста­но­вит­ся «взрос­лой». У объ­ек­тов с M<0,08M_☉ (ко­рич­не­вых кар­ли­ков) сжа­тие про­дол­жа­ет­ся прак­ти­че­ски веч­но: рос­ту темп-ры и мощ­но­сти ядер­но­го энер­го­вы­де­ле­ния до нуж­ных зна­че­ний пре­пят­ст­ву­ет вы­ро­ж­де­ние элек­трон­но­го га­за.

Ста­дия го­ре­ния во­до­ро­да в центр. об­лас­ти длит­ся ок. 90% ак­тив­ной жиз­ни звез­ды, ко­то­рая при этом поч­ти не ме­ня­ет свою све­ти­мость и темп-ру по­верх­но­ст­ных сло­ёв (эф­фек­тив­ную темп-ру) T_эфф. По­это­му на Герцш­прун­га – Рес­се­ла диа­грам­ме боль­шин­ст­во на­блю­дае­мых звёзд рас­по­ло­же­но внут­ри срав­ни­тель­но уз­кой по­ло­сы – глав­ной по­сле­до­ва­тель­но­сти. Вре­мя пре­бы­ва­ния звез­ды на гл. по­сле­до­ва­тель­но­сти за­ви­сит от её мас­сы: у звёзд с M=100M_☉ это неск. мил­лио­нов лет, у звёзд с M<0,5M_☉ – бо­лее 14 млрд. лет, т. е. пре­вы­ша­ет совр. воз­раст Все­лен­ной. Солн­це сей­час на­хо­дит­ся на гл. по­сле­до­ва­тель­но­сти, и за 4,5 млрд. лет, про­шед­ших по­сле ро­ж­де­ния, в его яд­ре вы­го­ре­ло ок. 50% во­до­ро­да.

Ко­гда в центр. об­лас­ти звез­ды во­до­ро­да боль­ше не ос­та­ёт­ся, он про­дол­жа­ет го­реть в тон­ком слое, ок­ру­жаю­щем ге­лие­вое яд­ро. Ли­шён­ное ис­точ­ни­ков энер­гии яд­ро сжи­ма­ет­ся и на­гре­ва­ет­ся. У звёзд с M<0,5M_☉ дав­ле­ние вы­ро­ж­ден­но­го га­за элек­тро­нов ос­та­нав­ли­ва­ет сжа­тие пре­ж­де, чем темп-ра уве­ли­чит­ся до 100 млн. К, ко­гда воз­мож­ны тер­мо­ядер­ные ре­ак­ции с уча­сти­ем ⁴He. Энер­го­вы­де­ле­ние в слое­вом ис­точ­ни­ке за­ту­ха­ет, и об­ра­зу­ет­ся ге­лие­вый бе­лый кар­лик, эво­лю­ция ко­то­ро­го сво­дит­ся к мед­лен­но­му ос­ты­ва­нию.

У звёзд с 0,5M_☉<M<8M_☉ сжа­тие гелие­во­го яд­ра со­про­во­ж­да­ет­ся рас­ши­ре­ни­ем и ох­ла­ж­де­ни­ем внеш­них сло­ёв. Звёз­ды по­ки­да­ют гл. по­сле­до­ва­тель­ность и ста­но­вят­ся крас­ны­ми ги­ган­та­ми и сверх­ги­ган­та­ми, а в их центр. об­лас­ти на­чи­на­ют­ся тер­мо­ядер­ные ре­ак­ции с об­ра­зо­ва­ни­ем уг­ле­ро­да 3⁴He→¹²C и ки­сло­ро­да ¹²C+⁴He→¹⁶O. По ме­ре вы­гора­ния ⁴He, ко­то­рое про­дол­жа­ет­ся ок. 10% вре­ме­ни жиз­ни звез­ды на гл. по­сле­до­ва­тель­но­сти, све­ти­мость звез­ды рас­тёт, но её ра­ди­ус и T_эфф ме­ня­ют­ся не­мо­но­тон­но. Ко­гда ⁴He в яд­ре кон­ча­ет­ся, оно на­чи­на­ет сжи­мать­ся, од­на­ко вско­ре на­сту­па­ет вы­ро­ж­де­ние элек­трон­но­го га­за, дав­ле­ние ко­то­ро­го ос­та­нав­лива­ет сжа­тие. В этот мо­мент на диа­грам­ме Герцш­прун­га – Рес­се­ла звез­да на­хо­дит­ся на т. н. асим­пто­тич. вет­ви ги­ган­тов и со­сто­ит из уг­ле­род­но-ки­сло­род­но­го (C–O) яд­ра, над ко­то­рым на­хо­дят­ся два слое­вых ис­точ­ни­ка: в ниж­нем го­рит ⁴He, в верх­нем – ¹H. Ко­гда Солн­це че­рез 5 млрд. лет дос­тиг­нет этой ста­дии, его ра­ди­ус бу­дет бли­зок к ра­диу­су зем­ной ор­би­ты. Го­ре­ние ⁴He в слое­вом ис­точ­ни­ке про­ис­хо­дит в ви­де срав­ни­тель­но ко­рот­ких вспы­шек, ко­то­рые со­про­во­ж­да­ют­ся вы­бро­сом час­ти внеш­них сло­ёв в ок­ру­жаю­щее про­стран­ст­во. При­мер­но столь­ко же ве­ще­ст­ва уно­сит­ся звёзд­ным вет­ром в про­ме­жут­ках ме­ж­ду вспыш­ка­ми. В ре­зуль­та­те об­на­жа­ет­ся го­ря­чее (T_эфф≈10⁵К) яд­ро с M≈0,7M_☉ , из­лу­че­ние ко­то­ро­го под­све­чи­ва­ет сбро­шен­ную обо­лоч­ку, что по­зво­ля­ет её на­блю­дать в те­че­ние ∼10⁴ лет в ви­де пла­не­тар­ной ту­ман­но­сти. По­сле это­го обо­лоч­ка рас­сеи­ва­ет­ся, а яд­ро пре­вра­ща­ет­ся в мед­лен­но ос­ты­ваю­щий уг­ле­род­но-ки­сло­род­ный бе­лый кар­лик.

Э. з. с M>8M_☉ по­сле гл. по­сле­до­ва­тель­но­сти так­же сво­дит­ся к уве­ли­че­нию плот­но­сти и темп-ры га­за в центр. об­лас­ти, что при­во­дит к по­сле­до­ва­тель­но­му син­те­зу всё бо­лее тя­жё­лых хи­мич. эле­мен­тов. В ка­кой-то мо­мент уп­ру­гость га­за в этих об­лас­тях ста­но­вит­ся слиш­ком ма­лой, для то­го что­бы про­ти­во­сто­ять си­лам тя­го­те­ния. В ре­зуль­та­те яд­ро звез­ды кол­лап­си­ру­ет, что при­во­дит к тер­мо­ядер­но­му взры­ву, ко­то­рый на­блю­да­ет­ся как вспыш­ка сверх­но­вой звез­ды II ти­па. В за­ви­си­мо­сти от мас­сы звез­да раз­ле­та­ет­ся ли­бо пол­но­стью, ли­бо час­тич­но, и то­гда её яд­ро пре­вра­ща­ет­ся в ней­трон­ную звез­ду (при M<25M_☉) ли­бо в чёр­ную ды­ру. У звёзд с 8M_☉<M<12M_☉ уп­ру­гость га­за по­ни­жа­ет­ся из-за ней­тро­ни­за­ции ядер O, Ne и Mg, воз­ни­каю­щих при го­ре­нии ¹²C. У звёзд с 12M_☉<M<100M_☉ по­ни­же­ние уп­ру­го­сти про­ис­хо­дит вслед­ст­вие фо­то­дис­со­циа­ции ядер же­ле­за, у бо­лее мас­сив­ных звёзд – из-за ин­тен­сив­но­го ро­ж­де­ния элек­трон-по­зи­трон­ных пар.

Пе­ре­те­ка­ние ве­ще­ст­ва с од­ной звез­ды на дру­гую мо­жет ка­че­ст­вен­но из­ме­нить Э. з., вхо­дя­щих в тес­ные двой­ные сис­те­мы (см. Тес­ные двой­ные звёз­ды). Этим объ­яс­ня­ет­ся фе­но­мен вспы­шек ка­так­лиз­мич. пе­ре­мен­ных звёзд, но­вых звёзд и сверх­но­вых ти­па Ia.

Важ­ный фак­тор Э. з. – звёзд­ный ве­тер, ко­то­рый за вре­мя жиз­ни мо­жет умень­шить мас­су звез­ды в неск. раз. Осе­вое вра­ще­ние звез­ды, её маг­нит­ное по­ле и до­ля хи­мич. эле­мен­тов тя­же­лее ге­лия в про­тоз­вёзд­ном об­ла­ке так­же влия­ют на ха­рак­тер эво­лю­ции звёзд.