Они все врут: звезды, скрывающие свой возраст. Угадываем по фото


Как ученые узнают возраст звезд

Как ученые узнают возраст звезд?

Астрономам важно знать возраст звезд, чтобы провести различные исследования. Эта информация влияет, как на изучение эволюции Вселенной, так и каждого объекта в отдельности. Например, понимание возраста конкретной звезды позволяет определить успела ли развиться жизнь в ее планетарной системе. Но как ученые способны узнать звездный возраст?

На самом деле, этот процесс может быть довольно сложным, но существует определенная схема. Проще всего разобраться со звездными объектами, которые существуют в скоплениях. Ведущая теория гласит, что звезды в скоплениях появились из одного материала и примерно в одно время. Поэтому состав и возраст этих объектов должны быть схожими.

Жизненный цикл звезды

Жизненный цикл звезды

Можно выделить два главных типа скоплений: шаровые и рассеянные. Первые представляют собою скопления древних объектов, которые по возрасту достигают возраста самой Вселенной. А вот рассеянные скопления включают в себя огромный диапазон возрастов, среди которых есть и юные объекты.

Когда у вас есть целое скопление, то вы наносите на карту цвета и яркость звезд, формируя шаблон. Речь идет о диаграмме Герцшпрунга — Рассела. В ней числятся также спектральный класс и температура звезды. Далее следуем за звездной эволюцией. В определенный период звезды достигают взрослой фазы, переходя на этап главной последовательности. Длительность этой фазы зависит от массы звезды.

Диаграмма Герцшпрунга-Рассела

Как только создадим график и внесем все необходимые данные, можно определить массу звезд, заканчивающих фазу главной последовательности и переходящих к этапу красных гигантов. Далее в ход вступают компьютерные модели, которые предсказывают, какой возраст у этих звезд в зависимости от массы.

То есть, главную роль здесь играют наблюдения и понимание строения и эволюции звезд. Ученые знают, насколько быстро протекают ядерные реакции внутри звезды, когда осуществляется переход и сколько он длится. Чем массивнее звезда, тем короче длительность каждой стадии. Поэтому можно установить пределы звездного возраста на конкретной стадии.

КлассТемпература,KИстинный цветВидимый цветОсновные признаки
O30 000—60 000голубойголубойСлабые линии нейтрального водорода, гелия, ионизованного гелия, многократно ионизованных Si, C, N.
B10 000—30 000бело-голубойбело-голубой и белыйЛинии поглощения гелия и водорода. Слабые линии H и К Ca II.
A7500—10 000белыйбелыйСильная бальмеровская серия, линии H и К Ca II усиливаются к классу F. Также ближе к классу F начинают появляться линии металлов
F6000—7500жёлто-белыйбелыйСильны Линии H и К Ca II, линии металлов. Линии водорода начинают ослабевать. Появляется линия Ca I. Появляется и усиливается полоса G, образованная линиями Fe, Ca и Ti.
G5000—6000жёлтыйжёлтыйЛинии H и К Ca II интенсивны. Линия Ca I и многочисленные линии металлов. Линии водорода продолжают слабеть, Появляются полосы молекул CH и CN.
K3500—5000оранжевыйжелтовато-оранжевыйЛинии металлов и полоса G интенсивны. Линии водорода почти не заметно. Появляется полосы поглощения TiO.
M2000—3500красныйоранжево-красныйИнтенсивны полосы TiO и других молекул. Полоса G слабеет. Все ещё заметны линии металлов.

Однако существуют звезды, которые не входят в состав скоплений. Их возраст определить намного сложнее. Здесь приходится полагаться на спектральный анализ. Изучение спектров выводит нас на состав. Так как звездное развитие заключается в трансформации водорода в гелий, то соотношение этих элементов выведет нас на примерный возраст: чем больше возраст, тем меньше водорода и больше гелия.

Но провести расчет все равно сложно, потому что в ходе эволюции звездный состав меняется, а масса сокращается. А ведь скорость трансформации водорода в гелий зависит от массы и состава звезды. Поэтому исследователям приходится восстанавливать чуть ли не всю историю звезды, затем учесть массу, состав, светимость и провести расчеты. И все это основывается на нашем понимании общего эволюционного пути для всех звезд.

Важно понимать, что все указанные для звезд цифры возрастов – лишь примерные, и они уточняются с улучшением методов наблюдения и расчетов. Например, в одном из последних исследований ученые попытались проследить зависимость между возрастом звезды и скоростью вращения. Команда считает, что вращение должно замедлиться с течением времени. Чтобы это проверить, нужно провести исследования на звездах в скоплениях. Если идея сработает, то будет намного проще узнать возраст одиноких звезд.

Астрономы определили точный возраст 33 звезд

Новое исследование ученых, которое будет опубликовано в ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического сообщества, позволило с высокой точностью определить их возраст и некоторые другие параметры. Согласно данному исследованию, звезды возрастом более 11 млрд. лет могут стать прибежищем для планет подобных Земле.

Астрономы определили точный возраст 33 звезд

Измерение возраста звезд является одной из самых трудных проблем, с которой астрономы сталкиваются до сих пор. В настоящее время с высокой точностью известен возраст только самой ближайшей к нам звезды – Солнца. Ее возраст составляет 4,57 млрд. лет (с точностью 10 млн. лет в каждую сторону).

Международная группа астрономов смогла определить возраст, диаметр, плотность и массу для 33 звезд лучше, чем когда-либо прежде. Как дополнение, все исследуемые звезды имеют на орбитах вокруг себя планеты земного типа. Этот факт дает нам четкое указание на то, что данные планеты в нашей галактике Млечный путь образовались задолго до Земли и до сих пор продолжают образовываться.

33 звезды были отобраны для наблюдений их порядка 1200 потенциальных кандидатов. Одним из критериев отбора была достаточная яркость, для возможности получения хорошей статистической основы результатов. Кроме этого они должны были показать некоторые из тех же характеристик, что и Солнце, чтобы сделать их сопоставимыми.

Звезды имеют свойство пульсировать, вибрировать и резонировать как звуковые волны в музыкальном инструменте. Расширенный метод измерения этих звездных мелодий называется астросейсмологией. Данный метод очень похож на тот, что используют геологи для выяснения состава недр Земли с помощью землетрясений.

Запущенный Американским космическим агентством , космическая обсерватория Kepler, постоянно измеряла крошечные изменения яркости около 145 000 звезд в течении чуть более четырех лет. Анализ этих изменений в течение долгого времени дает периоды многих одновременных пульсаций в каждой звезде, из которого ученые могут получить важные свойства отдельных звезд.

Все звезды, исследуемые космической обсерваторией Kepler, расположены на небольшом участке неба, не далеко от созвездия Лебедя. Расстояние до них варьируется от 100 до 1600 световых лет.

Точность полеченных данных действительно впечатляет. В среднем результаты полученные исследователями лучше чем цифры представленные ниже. Если звезда имеет возраст например 5 млрд. лет, то точность 14% определяет возможный диапазон ее возраста от 4,3 до 5,7 млрд. лет.

1.2% (радиус),

1.7% (плотность),

3.3% (масса),

4.4% (расстояние),

14% (возраст).

Конечно, астрономы горят желанием изучить намного больше звезд на ночном небе, однако по сравнению с тем что было известно ранее, данное исследование является огромным шагом вперед. В будущем в их распоряжение поступят более мощные и совершенные научные инструменты, такие как спутник TESS и будущая обсерватория Европейского космического агентства PLATO.

Рассеянные звездные скопления

Рассеянные звездные скопления найти не сложно. Их называют галактическими скоплениями. Речь идет об образованиях, включающих от нескольких десятков до нескольких тысяч звезд, большая часть которых видна невооруженным глазом. Звездные скопления предстают перед наблюдателем как участок неба, густо усеянный звездами. Как правило, такие области концентрации звезд хорошо заметны на небе, но бывает, причем довольно редко, что скопление практически неразличимо. Для того чтобы определить, является ли какой-либо участок неба звездным скоплением или речь идет о звездах, просто близко расположенных друг к другу, следует изучить их движение и определить расстояние до Земли. Звезды, составляющие скопления, движутся в одном направлении. Кроме того, если звезды, находящиеся не далеко друг от друга, расположены на одинаковом расстоянии от Солнечной системы, они, конечно, связаны между собой силами притяжения и составляют рассеянное скопление.

Классификация звездных скоплений

Протяженность этих звездных систем варьируется от 6 до 30 световых лет, средняя протяженность составляет примерно двенадцать световых лет. Внутри звездных скоплений звезды сконцентрированы хаотично, бессистемно. Скопление не имеет четко выраженной формы. При классификации звездных скоплений следует принимать во внимание угловые измерения (они зависят от реальных размеров скоплений, а не от расстояния до Земли), приблизительное общее количество звезд, степень их концентрации в скоплении и разницу в блеске.

В 1930 г. американский астроном Роберт Трамплер предложил классифицировать скопления по следующим параметрам. Все скопления подразделялись на четыре класса по принципу концентрации звезд и обозначались римскими цифрами от I до IV (к I классу относятся звездные скопления с максимальной степенью концентрации звезд). Каждый из четырех классов делится на три подкласса (и обозначается цифрами 1, 2 и 3) по однородности блеска звезд. К первому подклассу относятся скопления, в которых звезды имеют примерно одну степень светимости, к третьему – с существенной разницей в этом плане. Затем американский астроном ввел еще три категории классификации звездных скоплений по числу звезд, входящих в скопление. К первой категории (обозначенной буквой “p” – от английского слова “poor” — бедный) относятся системы, в которых менее 50 звезд. Ко второй “m” (т.е. среднее) – скопления, имеющие от 50 до 100 звезд. К третьей (“r” – “rich” — богатый) – имеющие более 100 звезд. Например, в соответствии с этой классификацией, звездное скопление, обозначенное в каталоге как “I 3p”, представляет собой систему, состоящую менее чем из 50 звезд, густо сконцентрированных в небе и обладающих разной степенью блеска.

Однородность звезд

Все звезды, относящиеся к какому-либо рассеянному звездному скоплению, имеют характерную черту – однородность. Это значит, что они образовались из одного и того же газового облака и с начала существования имеют одинаковый химический состав. Кроме того, есть предположение, что все они появились в одно время, т.е. имеют одинаковый возраст. Существующие между ними различия можно объяснить разным ходом развития, а это определяется массой звезды с момента ее образования. Ученым известно, что крупные звезды имеют меньший срок существования по сравнению с малыми звездами. Крупные эволюционируют значительно быстрее. В основном рассеянные звездные скопления представляют собой небесные системы, состоящие из относительно молодых звезд. Этот вид звездных скоплений дислоцируется в основном в спиральных ветвях Млечного Пути. Именно эти участи являлись в недавнем прошлом (и являются до сих пор) активными зонами звездообразования. Исключения составляют скопления NGC 2244, NGC 2264 и NGC 6530, их возраст равен нескольким десяткам миллионов лет. Это небольшой срок для звезд.

Возраст и химический состав

Звезды рассеянных звездных скоплений связаны между собой силой притяжения. Но из-за того, что эта связь недостаточно крепка, рассеянные скопления могут распадаться. Это происходит за длительное время (порядка сотен миллионов лет). Процесс расформирования связан с влиянием гравитации одиночных звезд, расположенных недалеко от скопления.

Старых звезд в составе рассеянных звездных скоплений практический нет.

Хотя имеются исключения. В первую очередь это относится к крупным скоплениям, в которых связь между звездами значительно сильнее. Соответственно, и возраст таких систем больше.

Среди них можно отметить NGC 6791. В состав этого звездного скопления входят примерно 10 000 звезд, его возраст составляет около 10 миллиардов лет. Орбиты крупных звездных скоплений уносят их на длительный период времени далеко от плоскости галактики. Соответственно, у них меньше возможностей встретиться с большими молекулярными облаками, что могло бы повлечь за собой расформирование звездного скопления.

Звезды рассеянных звездных скоплений сходны по химическому составу с Солнцем и другими звездами галактического диска. Разница в химическом составе зависит от расстояния от центра Галактики.

Чем дальше от цента расположено звездное скопление, тем меньше элементов из группы металлов оно содержит. Химический состав также зависит от возраста звездного скопления. Это относится и к одиночным звездам.

Звездные ассоциации

Это группы определенных типов звезд. Они включают, как правило, звезды первых спектральных типов (O и B, самые горячие и яркие). В каталогах зафиксировано примерно сто ассоциаций, их протяженность составляет порядка 600 световых лет.

Звездные ассоциации также подвержены распаду, он происходит в течение десяти миллионов лет.

Существуют еще два вида звездных ассоциаций: R-типа звезды расположены в туманностях, имеющих отраженный свет (R-reflection — отражение). Это большие по размеру облака из газа и пыли, освещающиеся звездами, которые относительно недавно образовались в этих областях. T – ассоциации содержат переменные звезды с неправильными колебаниями блеска. Это звезды Т-типа, так называемые солнечные. Они имеют четкие линии излучения водорода в фазе, предшествующей Главной последовательности.

Ученые полагают, что известные нам рассеянные звездные скопления составляют лишь небольшую часть от существующих. В каталогах отмечены скопления, радиус которых составляет примерно 7000-8000 световых лет до Земли (около 2 тысяч ассоциаций), но на самом деле в нашей Галактике их насчитывается от 50 до 100 тыс.

Рассеяные звездные скопления (Самые крупные)
НазванияСозвездияДанные
М 45

(Плеяды)

ТелецБолее 100 звезд. 2°. Шесть звезд B, звездная величина, которых составляет менее 5.
М 44

(Презепе)

РакОколо 50 звезд, 70′. Примерно 10 звезд, звездная величина которых менее 7.
М 7СкорпионОколо 80 звезд, звездная величина которых превышает 7, диаметр примерно 80′.
ИадыТелецБолее 100 звезд диаметром более 5°. Много звезд, звездная величина которых составляет от 3 до 4.
М 6СкорпионОколо 80 звезд со звездной величиной более 7′ диаметр 20′.
М 47Корма30 звезд, звездная величина которых превышает 5. Диаметр — 25′.
М 35БлизнецыОколо 200 звезд, звездная величина которых превышает 8. Диаметр — 25′.
h ПерсейПерсейБолее 200 звезд. 18′.
chi ПерсейПерсейОколо 150 звезд. 18′. Входит и «двойное скопление Персей».
М 67РакОколо 200 звезд, звездная величина которых превышает 9. Диаметр 25′.

Смотрите также:

Шаровые скопления
Шаровые звездные скопления, насчитывающие сотни тысяч звезд, имеют очень необычный вид: у них сферическая форма, и звезды концентрируются в них настолько плотно, что даже с помощью мощнейших телескопов невозможно различить одиночные объекты. Отмечается сильная концентрация звезд к центру.Исследование шаровых звездных скоплений имеет важное значение…
Новые звезды
Переменные взрывные звезды состоят из белого карлика и звезды Главной последовательности, как Солнце, или постпоследовательности, как красный гигант. Обе звезды следуют по узкой орбите с периодичностью в несколько часов. Они находятся на близком расстоянии друг от друга, в связи с чем они тесно взаимодействуют и вызывают эффектные явления…
Эволюция звезд
Внутренняя жизнь звезды регулируется воздействием двух сил: силы притяжения, которая противодействует звезде, удерживает ее, и силы, освобождающейся при происходящих в ядре ядерных реакциях. Она, наоборот, стремится “вытолкнуть” звезду в дальнее пространство. Во время стадий формирования плотная и сжатая звезда находится под сильным…
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: