Диаграмма Герцшпрунга-Рассела

Спутник Gaia Европейского космического агентства нанёс более четырёх миллионов звёзд на одну диаграмму зависимости яркости от цвета.

Диаграмма, которая распределяет звёзды по группам

В начале 1900-х годов два астронома, Эйнар Герцшпрунг в Дании и Генри Норрис Рассел в США, независимо друг от друга построили диаграммы звёзд по яркости и цвету или спектральному классу. Если бы свойства звёзд сочетались случайно, точки заполнили бы всё поле. Но этого не произошло. Большинство легло вдоль одной диагональной полосы, выше которой выделилась группа ярких холодных звёзд, а позднее внизу нашли группу слабых горячих звёзд. Теперь этот график называют диаграммой Герцшпрунга и Рассела, или диаграммой ГР. Это один из самых распространённых инструментов астрономии.

Две особенности диаграммы часто сбивают с толку. Температура идёт в обратную сторону: горячие звёзды слева, потому что старую последовательность спектральных классов O B A F G K M записывали слева направо. Кроме того, обе оси логарифмические: каждый шаг вверх по оси светимости означает в десять раз больше света, от одной десятитысячной светимости Солнца до миллиона солнечных. Иначе Солнце и слабые звёзды сжались бы в неразличимую линию у нижнего края.

Группы звёзд

• Главная последовательность: диагональная полоса от горячих ярких звёзд вверху слева до холодных слабых красных карликов внизу справа. В их ядрах водород участвует в термоядерных реакциях. По данным NASA, к главной последовательности относится около 90% звёзд, в том числе Солнце.
• Гиганты: холодные, но яркие звёзды над главной последовательностью, например Арктур и Альдебаран. ЕКА описывает ветвь красных гигантов как ответвление от главной последовательности, уходящее вправо по мере старения и расширения звёзд.
• Сверхгиганты: верхняя часть диаграммы; например Ригель и Бетельгейзе, светимость которых составляет десятки тысяч солнечных светимостей или больше.
• Белые карлики: горячие, но слабые звёзды внизу слева, например Сириус B; это ядра, оставшиеся от звёзд, подобных Солнцу.

Почему горячие белые карлики так слабы? Воспользуйся формулой из урока о цвете: светимость = радиус² × (температура ÷ 5772)⁴. Температура Сириуса B составляет около 25 200 K, и сама по себе она делала бы каждый квадратный метр в 360 раз ярче поверхности Солнца. Но его радиус составляет лишь 0.0086 солнечного, а 0.0086² примерно равно 0.000074. После умножения светимость всей звезды получается около 0.027 солнечной. У Бетельгейзе всё наоборот: она холоднее Солнца, поэтому каждый квадратный метр тусклее, но площадь поверхности примерно в 524 000 раз больше, и звезда светит как десятки тысяч Солнц.

Именно это показывают пунктирные линии модели. На каждой из них все звёзды имеют одинаковый радиус: от 0.01 солнечного внизу слева до 1000 солнечных вверху справа. Белые карлики находятся возле линии 0.01, главная последовательность пересекает линии примерно от 0.1 до 10, а сверхгиганты достигают 1000. Поэтому положение звезды сразу сообщает три её свойства: температуру, светимость и размер.

Снимок, а не маршрут

Главную последовательность легко принять за дорогу, которую проходит каждая звезда. Авторы учебных материалов NASA подчёркивают: на самом деле это портрет множества звёзд разной массы в один момент времени. Масса определяет место звезды на главной последовательности: тяжёлые находятся вверху слева, лёгкие внизу справа. Большую часть жизни звезда остаётся примерно там же. Она покидает эту область, лишь когда в ядре кончается водород, и движется вверх и вправо, становясь гигантом. Включи «Будущий путь Солнца», чтобы увидеть его ожидаемый примерный маршрут: вверх по ветви гигантов, а затем вниз к белым карликам. Эта линия лишь схема, а не результат расчёта.