Звезды на главной последовательности
Звезда считается живущей на главной последовательности (ГП) пока у нее выгорает водород в ядре. На рисунке 1 и рисунке 2 это точки 1-4. На врезках (а) обоих графиков показано изменение содержания водорода в звезде в зависимости от массовой координаты для точек 1-4. Основное различие для этих звезд состоит в разных ядерных циклах, в звезде 5M☉ основную роль играет CNO цикл, а для звезды 1M☉ - p-p цепочка. CNO цикл более энерговыделяющий и дает большую температуру в ядре, из-за чего в этих звездах и развивается конвективное ядро. По мере переработки водорода в гелий вещество ядра становится более прозрачным и размеры конвективного ядра уменьшаются.
Существование на ГП очень стабильная фаза жизни звезды. За время жизни на ГП очень медленно звезда становится ярче, и больше, при этом поверхностная температура звезды меняется очень незначительно в сторону уменьшения, эти изменения занимают миллиарды лет. Время жизни звезды на ГП зависит от массы - чем больше звезда, тем быстрее она живет, быстрее сжигает свое ядерное топливо. Временем жизни звезд на главной последовательности будем считать время, пока не выгорит практически весь водород в центре ядра.
Звезды на ГП обладают рядом общих свойств в зависимости от массы. Для звезд главной последовательности существует апроксимационное соотношение, известное как зависимость масса-светимость. Это соотношение было выведено из наблюдательного определения масс и светимостей звезд главной последовательности, но оно также подтверждается расчетами звездных моделей для звезд ГП. Светимость звезды грубо пропорциональна ее массе в степени 3.5 или 4:
L∼M3.5-4
Для наиболее массивных звезд
L∼M
Для звезд ГП, существует также эмпирическая зависимость радиуса от массы масса-радиус.
R∼Mk
где 0<k<1
На рисунке 4 приведена зависимость масса-светимость и масса-радиус, для звезд рассчитанных в задаче STEV.
Рис 4 Зависимость масса-светимость и масса-радиус для звезд НГП, рассчитанных в STEV
Время жизни звезд на ГП определяется частью водорода, который превращается в гелий. Примерно 10% всего водорода звезды, перерабатывается в гелий (ядерные реакции могут идти только в ядре звезды). Учитывая дефицит масс, превращающийся в энергию и выход энергии на один грамм ядерного горения (из 4 протонов образуется одно ядро гелия ΔE=Δmc2=(4p-mHe)c2 ≈28.3 Мэв), а также то, что за время жизни звезды излученная энергия, равна произведению светимости на время E=Lt, получаем формулу:
t≈0.1× 0.7×6 1018(M/L) cек
Коэффициент 0.7 учитывает массовую долю водорода в звезде.
В солнечных единицах и после преобразования в годы получаем:
t≈1010(M/M☉)(L/L☉)-1 годы
С учетом закона масса-светимость
t≈1010(M/M☉)-2.5 годы
Таким образом, звезда массивней Солнца в 10 раз будет жить на ГП примерно в 300 раз меньше.
Для общей ориентации во внутреннем строении звезд на рис.5 приведено внутреннее строение звезд разных масс на НГП согласно работе Kippenhahn & Weigert 1990.
Рис.5. Внутреннее строение звезд на НГП. Массовая координата от центра звезды до поверхности в зависимости от массы звезд.
"Облачные " места обозначают наличие конвекции внутри моделей.
Две сплошные линии показывают массовую координату, где текущий радиус cоставляет o.25R и 0.5R от полного радиуса звезды.
Пунктирные кривые показывают массовую координату внутри которой, производится 50 процентов и 90 процентов от общей светимости звезды .( Kippenhahn & Weigert 1990)