Субгигантские и гигантские звезды

Это различные типы звезд, основанные на спектральном типе, классе светимости и стадии эволюции. Существует несколько типов звезд:

• молодые звездные объекты; 
• звезды главной последовательности;
• субгиганты;
• гиганты;
• яркие гиганты;
• сверхгиганты;
• гипергиганты;
• остатки звезд;
• дополнительные классы.

В этой статье мы рассмотрим такие типы как субгигантские и гигантские звезды.

Субгиганты

Субгиганты – это звезды, которые ярче звезд главной последовательности того же спектрального типа, но не такие яркие, как гиганты. Это определение применимо к субгигантам как классу светимости. Термин “субгигант” также используется для обозначения стадии эволюции звезд с низкой или средней массой. На этом этапе звезды исчерпали водород в своих ядрах, и водородные оболочки вокруг ядер продолжают плавиться, без каких-либо серьезных видимых изменений внешнего вида.

Звезды, которые находятся на эволюционной ветви субгигантов, не всегда имеют субгигантский спектральный тип. Их можно классифицировать как гиганты. Аналогичным образом, звезды могут иметь спектральный класс субгиганта, даже если они находятся на совершенно разных стадиях эволюции. Например, звезда Тета1 Ориона E в скоплении Трапеция в туманности Ориона классифицируется как желтый субгигант спектрального типа G2 IV, хотя ей всего 500 миллионов лет и ее еще даже нет на главной последовательности. Эволюционные субгиганты идентифицируются по содержанию в них лития или силе коронального излучения.

Что касается светимости, субгиганты обычно имеют звездную классификацию B, A, F или G. Звездам типа O, звездам типа M и звездам класса K, более холодным, чем K1, обычно не присваиваются классы светимости субгигантов.

Однако из этого правила есть исключения. Дзета Змееносца имеет звездную классификацию O9.2IVnn, что указывает на горячий голубой субгигант. Она находится на расстоянии 366 световых лет от Земли и имеет звездную величину 2,569. Обладая массой, в 20,2 раза превышающей массу Солнца, звезда является кандидатом на роль сверхновой и встретит свой конец через несколько миллионов лет, хотя ей всего около 3 миллионов лет. Она в 74 100 раз ярче Солнца и имеет эффективную температуру около 34 000 ºС. Иногда ее классифицируют как звезду главной последовательности спектрального типа O9.5 V.

Вот несколько примеров звезд с субгигантскими классами светимости:

• Субгиганты O-типа: Дзета Змееносца, HD 93250.
• Субгиганты B-типа: Акрукс, Регул, Шаула.
• Субгиганты A-типа: Менкалинан, Алена, Мерак.
• Субгиганты F-типа: Тета Большой Медведицы, Дзета Геркулеса.
• Субгиганты G-типа: Альшаин, Муфрид, Мю Геркулеса.
• Субгиганты K-типа: Эта Цефея, Дельта Эридана.

Гиганты

Гиганты – это звезды, которые исчерпали запас водорода в своих ядрах и эволюционировали в стороне от главной последовательности. Они имеют значительно более высокую светимость и большие радиусы, чем звезды главной последовательности с той же температурой поверхности. Их радиусы могут в несколько сотен раз превышать солнечные, а их светимость находится в диапазоне от 10 до нескольких тысяч солнечных.

Не все звезды становятся гигантами. Звезды с очень низкой массой (< 0,5 массы Солнца) становятся гелиевыми белыми карликами, как только они исчерпывают свой водород. Из-за их малой массы они никогда не нагреваются настолько, чтобы в их ядрах образовался гелий. Массивные звезды с массами по меньшей мере от 7 до 10 масс Солнца превращаются в сверхгигантов, когда у них истощается запас водорода. Звезды с массами выше 12 масс Солнца на главной последовательности на короткое время превращаются в голубых гигантов, прежде чем стать голубыми сверхгигантами. Их спектральные характеристики могут быть такими же, как у гигантов или сверхгигантов, даже до того, как звезды перестанут сжигать водород.

Звезды низкой и средней массы превращаются в красных гигантов, как только в их ядрах заканчивается водород. Звезды с малой массой (от 0,5 до 1,8-2,5 M_☉), подобные Солнцу, начинают сжигать гелий во время гелиевой вспышки, короткого термоядерного синтеза гелия в углерод. На Солнце произойдет вспышка примерно через 1,2 миллиарда лет после того, как оно отойдет от главной последовательности. Она проведет около 10% своей жизни на ветви красного гиганта.

Звезды средней массы (от 1,8-2,5 M до 5-10 M) проводят короткое время на ветви красного гиганта, прежде чем воспламенить гелий без вспышки.

Вот несколько примеров гигантов разных спектральных типов:

• Гиганты О-типа: Мейсса, Хатиса, Менкиб
• Гиганты B-типа: Хадар, Мимоза, Эльнат
• Гиганты A-типа: Миаплацидус, Алиот, Расалхаг
• Гиганты F-типа: Каф, Адхафера, Алкараб
• Гиганты G-типа: Капелла, Неккар, Каппа Близнецов
• Гиганты K-типа: Арктур, Альдебаран, Поллукс
• Гиганты М-типа: Гакрукс, Мирах, Мира

Гиганты обычно обозначаются по их цвету, который примерно соответствует их температуре и спектральному классу.

Красные гиганты

Красные гиганты – это гигантские звезды спектральных типов M, K, C (углеродные звезды) и S-типа. Самым ярким красным гигантом является Арктур, четвертая по яркости звезда на небе. Некоторые звезды спектрального типа G также можно назвать красными гигантами. Одна из них – Эпсилон Змееносца, имеющая звездную классификацию G9.5 IIIb.

Звезды красного гиганта – это звезды с низкой или средней массой, которые достигли поздней стадии своей эволюции. Обычно они имеют массы в диапазоне от 0,3 до 8 масс Солнца и температуры ниже 5000 ºС.

Эти звезды могут находиться на нескольких разных стадиях своего эволюционного цикла:

• ветвь красных гигантов
• красная горизонтальная ветвь
• асимптотическая ветвь гигантов

Ветвь красных гигантов – звезды являются наиболее распространенными из трех. Это гиганты, которые все еще перерабатывают водород в гелий в оболочке вокруг гелиевого ядра. Альдебаран, Арктур и Гакрукс принадлежат к этой группе. Красные скопления гигантов (Хамал, Каппа Персея, Дельта Андромеды) превращают гелий в углерод в своих ядрах, в то время как звезды на асимптотической ветви гигантов (Мира, Расалгети, Чи Лебедя) сжигают гелий в оболочке вокруг вырожденного углерод-кислородного ядра и имеют оболочку, сжигающую водород, за гелиевой оболочкой.

Углеродные звезды

Углеродные звезды – это звезды на асимптотической ветви гигантов, в атмосферах которых углерода больше, чем кислорода. Эти звезды кажутся поразительно красными. Классические углеродные звезды – гиганты, но есть также карликовые и сверхгигантские углеродные звезды.

Примерами этого класса являются Красная звезда Хинда (R Зайца), S Жирафа, CW Льва и La Superba (Y Гончих Псов).

Звезды S-типа

Звезды S-типа – это холодные гиганты с равным количеством углерода и кислорода в их атмосферах. В их спектрах также видны полосы монооксида циркония (ZrO). Собственные звезды S-типа обычно находятся в наиболее яркой фазе асимптотической ветви гигантов, которая длится менее миллиона лет. Они могут быть переменными с длительным периодом. Эти звезды довольно редки. Они составляют менее 10% звезд асимптотической ветви гигантов. Звезды внешнего класса S обычно менее яркие и классифицируются как полурегулярные или нерегулярные переменные. Они составляют еще меньший процент асимптотической ветви гигантов.

Примерами этого класса являются переменные Мира R Андромеды, W Орла, R Лебедя, R Близнецов, BH Южного Креста и Чи Лебедя.

Оранжевые гиганты

Гигантские звезды спектрального типа K иногда называют оранжевыми гигантами, чтобы отличить их от красных гигантов класса M. Красные гиганты первой величины Арктур, Альдебаран и Поллукс относятся к звездам класса K. Они меньше и менее яркие, чем гиганты М-типа и у них более теплая атмосфера.

Желтые гиганты

Желтые гиганты – это гигантские звезды спектральных типов G, F и иногда A. Они не так распространены, как красные гиганты, потому что они проводят меньше времени на этой стадии и развиваются только из немного более массивных звезд. С точки зрения эволюционного цикла, это могут быть звезды, эволюционирующие к фазе красных гигантов или звезды на более поздней стадии эволюции на горизонтальной ветви. Последние содержат более тяжелые элементы и меньшую массу, и они, как правило, нестабильны. Они включают в себя множество пульсирующих переменных звезд, классифицируемых как классические цефеиды, переменные Дельта Щита, переменные RR Лиры и переменные W Девы.

Голубые гиганты

Голубые гиганты – это гигантские звезды спектральных типов O и B. Некоторые ранние звезды типа A также могут называться голубыми гигантами. Эти звезды встречаются гораздо реже, чем красные гиганты, потому что они развиваются только из более массивных звезд и потому что стадия голубого гиганта очень коротка. Голубые звезды-гиганты имеют начальную массу не менее 2 масс Солнца. Имея радиусы в 5-10 раз превышающие солнечные, они не такие большие, как красные гиганты. Поскольку они живут не очень долго, эти звезды часто встречаются в ассоциациях OB, молодых звездных ассоциациях, состоящих из звезд, сформированных внутри одного и того же молекулярного облака.

Голубые гиганты могут быть чем угодно: от массивных, ярких звезд, заканчивающих свой жизненный цикл на главной последовательности, до звезд малой массы на горизонтальной ветви. Звезды с большой массой сначала эволюционируют в голубых гигантов, затем в ярко-голубых гигантов и, наконец, в голубых сверхгигантов, прежде чем стать красными сверхгигантами. Звезды с наибольшими массами едва ли имеют гигантскую стадию. Этап очень короткий и звезды вскоре становятся сверхгигантами.

Звезды с меньшей массой на горизонтальной ветви эволюционируют обратно в звезды асимптотической ветви гигантов. Они могут стать голубыми гигантами в зависимости от массы и металличности.

Белые гиганты

Некоторые звезды класса А можно назвать белыми гигантами. Тубан в созвездии Дракона является примером этого. Это гигант спектрального типа A0III.