Диаграмма Герцшпрунга — Рессела

В 1905 г. датский астроном Э. Герцшпрунг (1873—1967) и американский астрофизик Г. Рессел^[1] (1877— 1957) независимо друг от друга заметили, что голубые (горячие) звезды малой светимости встречаются очень редко, а красные звезды образуют две группы. С 1911 г. Герцшпрунг, а с 1913 г. — Рессел начали строить диаграммы, связывающие светимость звезд со спектральным классом. Ныне их называют диаграммы Герцшпрунга — Рессела (рис. 9.8).

По вертикальной оси откладывается величина светимости (интенсивность светового излучения) звезд, а по горизонтальной — температура их поверхностей. Исторически сложилось так, что, но горизонтальной оси эту температуру откладывают в обратном порядке: чем жарче звезда, гем левее она находится.

Большинство звезд находится в пределах узкой диагональной полосы от левого верхнего угла диаграммы к правому нижнему — так называемая главная последовательность, а звезды, располагающиеся на ней, называются «звездами главной последовательности». Они находятся в самой стабильной фазе существования, а источником их энергии являются термоядерные реакции синтеза гелия. Эта фаза составляет около 90% жизни любой звезды. Наше Солнце расположено на главной последовательности в той ее части, которая соответствует желтым звездам. В верхней части главной последовательности расположены самые яркие и горячие звезды, в правой нижней — внизу — самые тусклые, следовательно — долгоживущие.

Над главной последовательностью находятся ветви гигантов и сверхгигантов; под ней — ветвь белых карликов. В верхнем правом углу находятся яркие звезды спектральных классов G, К, М. Эти холодные звезды (около 3000°С) гораздо ярче звезд с такой же температурой, находящихся в главной последовательности, что происходит в силу весьма большой площади излучения: это так называемые красные звезды-гиганты и сверхгиганты. Гиганты — звезды диаметром в 200 раз большим диаметра Солнца.

В левой нижней части диаграммы — небольшое число звезд (классы от В до F) — горячие звезды, по имеющие низкую светимость вследствие малого радиуса. Это белые карлики, очень плотные и компактные звезды диаметром в среднем в 100 раз меньше Солнца и нередко — соизмеримым с диаметром Земли.

Рис. 9.8. Диаграмма Герцшнрунга — Рессела¹:

штриховыми линиями отмечены радиусы звезд в отношении к радиусу Солнца R₀

Что ждет Вселенную в будущем? В зависимости от средней плотности материи и энергии во Вселенной она или будет продолжать вечное расширение, или, гравитационно замедляясь, схлоинется обратно в Большом сжатии. Данные, имеющиеся в настоящее время, позволяют утверждать, что не только материи и энергии недостаточно, чтобы вызвать сжатие, но и что расширение Вселенной происходит с ускорением. Другие идеи о судьбе Вселенной включают теории Большого разрыва, Большого замерзания и тепловой смерти Вселенной.

По некоторым предположениям, наша Вселенная — лишь часть огромного множества других Вселенных, совокупность которых называется Мультивселенной (Метавселенной). Хаотическая теория инфляции предполагает бесконечное разнообразие Вселенных, каждая из которых имеет отличные от других физические константы. В другой теории Вселенные различаются по квантовому измерению. По определению эти предположения нельзя экспериментально проверить.^[2]

Лауреаты Нобелевской премии 2011 г. американские ученые С. Перлмуттер, А. Райсс и австралиец Б. Шмидт в 1990;е гг. предположили, что Вселенная расширяется с ускорением вследствие того, что ее расталкивают неизвестные силы — темная материя и темная энергия.

Темная энергия (англ. Dark energy) — гипотетическая форма энергии, имеющая отрицательное давление и равномерно заполняющая все пространство Вселенной. Согласно ОТО гравитация зависит не только от массы, но и от давления, причем отрицательное давление должно порождать отталкивание, антигравитацию. Согласно последним данным, обнаружившим ускоренное расширение Вселенной, такая сила действительно действует в космологических масштабах.

Информация к размышлению

Космический телескоп «Хаббл» (США) зарегистрировал вихревые движения вещества, вращающегося вокруг черных дыр. Втягивание вещества из окружающих областей усиливает гравитационное притяжение черной дыры. В галактике М87 центральная черная дыра пожирает за сутки несколько гигантских звездных систем, разрывая их в клочья; при этом ее сила возрастает.

В нормальных звездах энергия высвобождается при превращении водорода в гелий в ходе ядерного синтеза. Этот процесс превращает в энергию менее 1% массы, в соответствии с формулой Эйнштейна Е = тс².

Вращающаяся черная дыра более эффективна. Теоретически в энергию может превратиться почти половина падающей материи. Для большинства высокоэнергетических галактик во Вселенной главным источником энергии является, по-видимому, не ядерное горение внутри громадных звезд, а действие вращающихся черных дыр.

В начале XXI в. сформировалось представление о важной роли темной материи и темной энергии в системе Вселенной. По современным гипотезам, состав Вселенной может выглядеть следующим образом (табл. 9.2).

Таблица 9.2

Современные представления о составе Вселенной, %

• [1] В некоторых публикациях дается транскрипция «Рассел».
• [2] Диаграмма Герцшпруига — Рессела. URL: http://znaniya-sila.narod.ru/stars/star₀₈.htm (дата обращения: 28.11.2015).