Текст книги "Очерки о Вселенной"

Автор книги: Борис Воронцов-Вельяминов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 35 (всего у книги 36 страниц)

Энергия, связанная с этой массой, и освобождается в недрах звезды, просачиваясь медленно к поверхности и излучаясь затем в мировое пространство. Фабрика гелия работает в звездах непрерывно до тех пор, пока не иссякнут запасы сырья, т. е. водород. Что происходит потом, мы скажем дальше.

Углерода, как катализатора, хватит на неограниченно долгий срок.

При температурах порядка 20 млн. градусов действие реакций углеродного цикла пропорционально 17-й степени температуры! При некотором удалении от центра звезды, где температура ниже только на 10 %, выработка энергии падает в 5 раз, а где она ниже в полтора раза – падает в 800 раз! Поэтому уже недалеко от центральной, наиболее раскаленной области образования гелия за счет водорода не происходит. Остальной водород обратится в гелий после того как перемешивание газов внесет его на территорию «фабрики» – к центру звезды.

В начале пятидесятых годов выяснилось, что при температуре в 20 млн. градусов, а тем более при более низких температурах еще эффективнее оказывается протон-протонная реакция, также приводящая к потере водорода и к образованию гелия. Вероятнее всего она протекает в такой цепи превращений.

Два протона, столкнувшись, испускают позитрон и квант света, превращаясь в тяжелый изотоп водорода с атомным весом 2. Последний после слияния с другим протоном превращается в атом легкого изотопа гелия с атомным весом 3, испуская при этом избыток массы в форме излучения. Если таких атомов легкого гелия накопилось достаточно, их ядра при столкновении образуют нормальный атом гелия с атомным весом 4 и два протона с квантом энергии в придачу. Итак, в этом процессе потерялось три протона, а возникло два – один протон убылг но зато трижды излучалась энергия.

По-видимому, Солнце и более холодные звезды главной последовательности диаграммы светимость – спектр черпают энергию из этого источника.

Когда весь водород превратится в гелий, звезда может еще существовать за счет превращения гелия в более тяжелые элементы. Например, возможны процессы:

Не42+ Не42->Be84+излучение,

He42+Be84->С126+излучение.

Одна частица гелия дает при этом выход энергии, в 8 раз меньший, чем ее дает та же частица при углеродном цикле, описывавшемся выше.

В последнее время физики находят, что в некоторых звездах физические условия допускают возникновение и еще более тяжелых элементов, таких, как железо, и вычисляют пропорцию возникающих элементов в согласии с той распространенностью элементов, которую мы встречаем в природе.

У звезд-гигантов средняя отдача энергии на единицу их массы гораздо больше, чем у Солнца. Однако общепринятой точки зрения на источники энергии в красных звездах-гигантах еще нет. Источники энергии в них и их строение нам еще не ясны, но, по-видимому, скоро станут известны. По расчетам В. В. Соболева красные гиганты могут иметь такое же строение, как горячие гиганты, и иметь те же самые источники энергии. Но они окружены обширными разреженными и холодными атмосферами, которые и придают им вид «холодных гигантов».

Ядра некоторых тяжелых атомов могут образоваться в недрах звезд за счет соединения более легких атомов, и при некоторых условиях, даже в их атмосферах.

Рождение диффузной материи

Еще древние греки рисовали себе мир происшедшим из беспредельного хаоса. Эти представления о происхождении компактных мировых тел из разреженной и хаотической материи, обычно мыслимой как газ, бессознательно отражены и в идеях Гершеля о сгущении туманностей в звезды и в гипотезах Канта, Лапласа и других о рождении солнечной системы из туманности, в теориях Джинса об образовании спиральных звездных систем.

Трудно отрешиться от подобных представлений потому, что сейчас едва ли можно себе сколько-нибудь отчетливо представить какой-либо другой процесс образования звезд, помимо сгущения разреженного вещества в плотные тела. Из различных форм вещества во Вселенной в настоящее время мы, кроме больших тел (звезд и планет), знаем лишь диффузный газ и метеоритную пыль.

Как естественное следствие представления о сгущении газа в звезды, со времен Гершеля диффузные туманности, такие, как туманность Ориона, рассматривались как остатки пеьвичной туманности, как своего рода обрезки материи, из которой были скроены звезды. Более двух веков этот вопрос не пересматривался, но к настоящему времени накопилось множество фактов, которые позволили автору этой книги выступить в 1931 г. с гипотезой совершенно другого характера. Она вытекает сама собой из совокупности наблюдений.

Сущность дела состоит в том, что наблюдаемые сейчас диффузные туманности и межзвездный газ, а быть может, и межзвездную пыль следует рассматривать, по крайней мере в значительной своей части, как продукт деятельности звезд. Процесс образования масс диффузного газа происходит в настоящее время, можно сказать, на наших глазах. Он происходил и раньше и будет еще происходить долго в будущем.

Прежде всего укажем на то обстоятельство, что у многих планетарных туманностей обнаружено радиальное расширение со скоростью десятков километров в секунду. С космической точки зрения медленно, но неуклонно планетарные туманности, эти газовые скорлупки, окружающие свои звездные ядра, расширяются, как мыльные пузыри. Газовая оболочка, движущаяся со скоростью десятков километров в секунду и отстоящая от своей звезды на сотни и тысячи астрономических единиц, не может быть ею задержана. Расширение туманности, ее разрежение и растворение в межзвездном пространстве неизбежны. Рано или поздно планетарная туманность небольших размеров и четких очертаний расползется, превратится в межзвездный газ и утратит связь со своей звездой. Если масса планетарной туманности достаточно велика, то по прошествии некоторого времени, расширившись, она займет такое пространство, будучи еще в то же время достаточно плотной, что превратится в диффузную туманность. Диффузная туманность отличается от планетарной лишь своими большими размерами и неправильностью формы. Но при ничтожно малой вероятности совершенно симметричного расширения всех частей, имеющих разную плотность, правильная форма планетарной туманности с течением времени должна нарушаться все больше и больше.

Можно видеть на небе примеры туманностей типа переходного от планетарных к диффузным, и можно заметить, что в общем чем больше размеры планетарной туманности, тем больше приближается она к типу диффузной туманности.

Что планетарные туманности образованы за счет газов, выделенных когда-то самой звездой, сидящей внутри каждой из них, в этом нет никаких сомнений. Итак, за счет газов, выделенных когда-то звездами – ядрами планетарных туманностей, все время образуются разреженные межзвездные газы, а в некоторых случаях и диффузные туманности.

Уже через сто миллионов лет газы расширившейся планетарной туманности (считая время от начала ее возникновения) совершенно теряют связь с породившей их звездой и переходят в сферу действия других звезд. По оценке автора масса оболочки планетарной туманности составляет от 1/10 до 1/100 массы Солнца, и в нашей звездной системе – Галактике – в настоящее время содержится много тысяч таких туманностей. Допустив, что в Галактике всегда существовало только десять тысяч планетарных туманностей одновременно и что Галактика существует так же долго, как земная кора (а это наименьший возможный возраст Галактики), мы приходим к следующему заключению.

С тех пор как Галактика существует, звезды, образующие вокруг себя планетарные туманности, доставили в мировое пространство массу газов, по меньшей мере равную массе десяти миллионов солнц, – массу, весьма внушительную, а вероятно, в действительности она во много раз больше.

Кроме планетарных туманностей, непосредственно на наших глазах газы выбрасываются в мировое пространство новыми и сверхновыми звездами, о чем уже говорилось нами подробно. Даже если оставить в стороне мало еще изученные сверхновые звезды, выбрасывающие большие массы газа, то и тогда масса, даваемая обычными новыми звездааш, достаточно внушительна.

Каждая из них при вспышке выбрасывает массу в 10-4-10-5 масс Солнца, и таких вспышек в нашей Галактике ежегодно происходят десятки. Если за время существования земной коры новые звезды в Галактике всегда вспыхивали так же часто, как сейчас, то за это время они извергли в межзвездное пространство столько же газа, сколько его было поставлено планетарными туманностями. Еще столько же дают, по-видимому, и вспышки сверхновых звезд.

Звезда Вольфа – Райе теряет в год около 10-5 массы Солнца путем непрерывного выбрасывания атомов со своей поверхности. По-видимому, такой процесс длится у нее около десяти тысяч лет. Два разных способа оценки числа звезд Вольфа – Райе в Галактике согласно приводят к числу в четыреста тысяч. Если такая пропорция существовала в Галактике все время с тех пор, как родилась Земля, то, значит, за это время межзвездное пространство приобрело массу газа, из которой можно было бы сделать три миллиарда солнц.

Если звезды Вольфа – Райе способны так энергично выбрасывать атомы даже не десять тысяч лет, а только десять лет, то и тогда их роль как поставщиков газа в пространство не уступала бы роли планетарных туманностей и новых звезд. В какой-то мере даже наше Солнце и все звезды теряют вещество со своей поверхности, заполняя им окружающее пространство.

Если учесть еще, что, вероятно, все звезды, а не только указанные выше, поставляют в межзвездное пространство свой газ (путем выброса протуберанцев или иначе), то окажется, что масса газа, выброшенного звездами за время существования Галактики, может быть, даже превосходит наблюдаемую в ней теперь массу диффузной материи. А тогда нужно сделать вывод, что масса диффузной материи не только прибывает, но и убывает. Куда она может убывать? Очевидно, она снова конденсируется в более плотные тела – в звезды и т. п.

Итак, все перечисленные звезды, являющиеся источником разреженного газа, за время, несомненно меньшее, чем время существования Галактики, рассеяли в пространство массу газа, из которой колено было бы сделать по меньшей мере миллиарды солнц.

Различные способы оценки количества диффузной материи в Галактике (как в форме газа, так и в форме пыли) приводят к значениям, содержащимся между 108 и 1010 масс Солнца. Таким образом, газа, выброшенного звездами, совершенно достаточно, чтобы образовать все существующие газовые туманности и межзвездную газовую среду и даже пылевые туманности (светлые и темные). Изложенный выше вывод автора этой книги о большой космогонической роли диффузных туманностей и продолжающемся процессе их формирования в Галактике был отмечен Всесоюзным совещанием по звездной космогонии (происходившим в Москве в мае 1952 г.) в числе наиболее значительных достижений советской звездной космогонии.

К настоящему времени представление об огромности массы газа, выбрасываемой звездами, и о том, что она снова становится материалом, из которого конденсируются звезды, стало общепринятым. Конечно, возможно и необходимо, чтобы первые поколения звезд каждой галактики возникали из «первичного» газа, происшедшего не из звезд, а иным путем.

Не следует думать, что намеченный нами круговорот газа и звезд вызывает вечное повторение пройденного. Как и круговорот жизни на Земле, круговорот во Вселенной ведет к изменениям. Теперь на Земле растения и животные уже не те, какие, погибая, удобряли собой Землю миллионы лет назад. Излучение звезд сопровождается превращением их водорода в гелий, а в их недрах, по-видимому, происходит возникновение тяжелых химических элементов. Поэтому химический состав звезд изменяется, и потому меняется состав выбрасываемых ими газов, из которых потом возникают другие звезды. Состав рождающихся сейчас звезд иной, чем он был у звезд, рождавшихся ранее, и не все вещество звезд распыляется в пространство. Количество газа в звездных системах постепенно убывает. ^Наблюдения показывают, что есть звезды, богатые водородом или металлами или же бедные ими. По-видимому, это звезды разных периодов образования, сгущавшиеся из газа, имевшего разный химический состав и не всегда, или по-разному «варившегося» в недрах звезд.

В противоположность этому академик В. А. Амбарцумян полагает, что туманности и горячие звезды возникают одновременно из какой-то сверхплотной формы вещества, что в основном туманности образуются не за счет выброса газа звездами, хотя такой выброс значительных масс он не отрицает.

Возникает вопрос, могли ли газы образовать межзвездную космическую пыль? По этому поводу только совсем недавно кое-что выяснилось. На основе выводов о процессе конденсации металлических паров на твердых телах некоторые ученые считают возыэж-ным конденсацию газовых молекул на частицах космической пыли благодаря разности температур этих частиц и межзвездного газа. Энергия столкновения атома с пылинкой быстро излучается в пространство или частично переходит во внутриатомную энергию, так что пылинка, остается холодной. За миллиард лет масса частицы, которая вначале, может быть, чрезвычайно мала, достигнет 10-15 г, как показывают подсчеты, а это уже масса частиц темных туманностей.

Ядра конденсации ничтожно малых размеров могли возникнуть при разрушении таких тел, как ядра комет. Достаточно, чтобы ничтожная часть всей космической пыли имела такое происхождение, и это обеспечит дальнейший рост массы каждой пылинки.

Известный процент атомов с малыми скоростями может и непосредственно вступать в молекулярные соединения, а затем и в группы молекул, т. е. в зародыши пылинок.

Там, где выброшенные звездами газы собираются в облака и образуют таким образом диффузные туманности, они могут светиться, если есть достаточно горячая звезда, могущая возбудить их свечение. Когда в таких туманностях накопится достаточно много твердых частиц, образуется темная пылевая туманность, светящаяся, если поблизости окажется достаточно яркая, хотя бы и не горячая звезда. Некоторые ученые развивали теорию роста метеоритных пылинок путем соединения одних из них с другими, более мелкими пылинками.

Мы подошли к вопросу о происхождении звезд.

Происхождение звезд

Вопреки упоминавшимся реакционным попыткам объявить весь мир и все звезды возникшими одновременно 2-3 миллиарда лет назад, мы имеем много свидетельств того, что все звезды, даже в нашей Галактике, не могли возникнуть в одно время. Среди звезд имеются, несомненно, и более «старые» и более «молодые».

Быть может, кое-где рождение звезд происходит в нашей Галактике и в настоящее время. Звезды, которые мы видим, – это по большей части не обитатели детского сада или дома для престарелых. Нашу звездную систему в целом надо считать находящейся в расцвете своей жизни, хотя в ней есть, несомненно, и зтарики и новорожденные, которых мы только учимся отличать друг от друга. Плодотворное представление о том, что звезды возникают в нашей Галактике и в настоящее время, впервые было высказано в 1947 г. В. А. Амбарцумяном. Это представление стимулировало развитие целого ряда исследований, подтверждающих различие возраста различных звезд и их систем.

Убедительным доводом в пользу молодости звезд являются случаи, когда они наблюдаются расположенными в ряд, цепочкой или же образуют кучку – ассоциацию, но не столь тесную, чтобы она сдерживалась взаимным тяготением. Особенный интерес представляет открытие, сделанное Хорбигом на Ликской обсерватории. Он обнаружил в созвездии Ориона несколько очень слабых звездочек, из которых каждая окружена крошечной туманной оболочкой с необычайным характером свечения. Звездочки эти довольно холодные и сходны с неправильными переменными звездами типа Т Тельца, имеющими небольшую светимость. В 1954 г. Хербиг обнаружил в этой тесной кучке туманных звездочек две новые звездочки такого же вида, которых на снимке 7 лет назад не было видно. С тех пор эти звездочки не меняют своего блеска.

Рис. 193. Звезды Хербига

Возможно, что в данном случае наблюдалось рождение звезд, которые со временем станут переменными звездами типа Т Тельца, также часто связанными с необычными слабыми туманностями.

Не сгущаются ли звезды из межзвездной пыли?

В обычных пылевых туманностях нет явных признаков превращения их вещества в звезды. Недавно были открыты очень маленькие, пылевые туманности, производящие однако, заметное поглощение света. Их назвали глобулами, и сравнительно небольшое число их видно только на фоне некоторых светлых и больших туманностей. Некоторые думают, что дальнейшее сжатие глобул, несомненно содержащих и газ, приводит к их разогреванию и свечению, к их превращению в газовые звезды. Но откуда в звездах, возникших таким путем из межзвездной пыли, возьмется такое большое количество водорода, какое обычно в них содержится, – неясно. Некоторые допускают, что среди межзвездной пыли должно быть много замерзших газов, содержащих очень обильный во Вселенной водород.

Одними из наиболее молодых звезд большинство астрономов считает также самые массивные и в то же время самые горячие звезды. Они расходуют свою энергию так щедро, так расточительно, что обанкротились бы давным-давно, если бы они давно и возникли. Если мы их еще видим сейчас в состоянии такого расходования энергии, значит, они вступили на путь мотовства лишь недавно, – не более 10 миллионов лет назад. Мы не знаем ведь других звезд со столь же большой или большей массой, но более бережливых, которые можно было бы считать находящимися на стадии развития, предшествующей горячим гигантам. К молодым звездам относят некоторые переменные звезды.

В. А. Амбарцумян предполагает, что видимое на небе окучивание гигантских горячих звезд отражает в точности их окучивание в пространстве. Эти группы горячих звезд, названные им О-ассоциациями, он считает системами по размерам своим промежуточными между звездными скоплениями и звездными облаками, причем системами неустойчивыми. Он предполагает, что образующие их горячие звезды возникли тут недавно из какого-то сверхплотного дозвездного вещества. После своего группового выброса они разлетаются в стороны и, расходясь в пространстве, уже через миллион лет превращаются в более холодные звезды.

В. А. Амбарцумян считает, что звезды более слабых светимостей возникают в виде неправильных переменных звезд типа Т Тельца, и места, где они скучиваются, назвал Т-ассоциациями, предполагая, что эти группы звезд тоже расширяются, образовавшись из некоторых сверхплотных дозвездных тел.

Автор этой книжки на основании своих исследований сомневается в существовании радиально разлетающихся групп горячих гигантов, имеющих размеры, указанные выше. Соглашаясь с тем, что эти звезды, вероятно, молодые, он считает, что они находятся лишь в составе обычных звездных скоплений и в составе огромных звездных облаков, образуя сравнительно немногочисленные группы, типа флуктуации. Видимое же скучивание таких звезд он объясняет тем, что в соседних с ним местах в зоне Млечного Пути подобные звезды, как и в^се другие далекие от нас звезды, скрыты облаками космической пыли.

В просветах же между облаками пыли возникают так называемые «коридоры видимости». В них мы видим горячие звезды и другие объекты, находящиеся на всевозможных расстояниях и проектирующиеся друг на друга, отчего и получается картина видимого скучивания их. Конечно, горячие звезды, как и все остальные, распределены в облаках неравномерно, но это уже другое дело.

Согласно исследованиям автора этой книги можно указать, как на преимущественные области зарождения горячих гигантов и других звезд в спиральных галактиках, на узкие и длинные гряды, расположенные часто в виде прямолинейных звеньев на ветвях спиральных рукавов в спиральных звездных системах. Здесь десятки и сотни тысяч гигантов, обволакиваемых порожденными ими же газовыми туманностями, своим расположением напоминают грозди винограда. Здесь же должно зарождаться и большинство рассеянных скоплений. Как все малыши, новорожденные гиганты и другие звезды стремятся расползтись по сторонам из отчего дома в силу различия скоростей, возникающих у них при рождении. В результате узкие и яркие спиральные ветви постепенно превращаются в обширные облака, состоящие, в частности, и из горячих гигантов, в облака, расположение которых по спирали становится менее отчетливым. За время этого процесса рождение гигантов и других звезд продолжается и в прежних местах и, в виде отдельных исключений, в обрывках от спиральных рукавов,

Жизнь и смерть звезд

Современная теория эволюции, т. е. жизненного пути звезд, опирается на теорию их внутреннего строения и источники звездной энергии. Она опирается на физические теории: термодинамику, гидродинамику, ядерную физику, теорию излучения и его переноса и т. д., а для получения числовых результатов требует обширных вычислений. С пятидесятых годов последние очень облегчились с введением в практику быстродействующих электронных счетных машин.

Возникнув как сгущение в газово-пылевой среде, звезда имеет своим единственным источником энергии гравитационное сжатие, пока температура в центре не достигнет значения, при котором начинается термоядерная реакция превращения водорода в гелий. Уже давно было подсчитано, что у массивных звезд эта стадия занимает сотни тысяч лет, а у звезд с массой, меньшей чем у Солнца, эта стадия тянется сотни миллионов лет.

Когда температура центральной области уже достаточна для того, чтобы выделение энергии ядерных реакций компенсировало охлаждение звезды с поверхности, сжатие ее прекращается. Это равновесие прихода и расхода тепла наступает при тем большей температуре, чем масса звезды больше. Выход энергии ядерных реакций, как уже говорилось, очень сильно зависит от температуры. Этим и объясняется наблюдаемый рост светимости с массой звезды (если говорить об основной массе звезд).

Для дальнейшего важно, сохраняется ли достаточно постоянной масса звезды и есть ли в ней перемешивание вещества (конвекция), при котором топливо (водород) все время поступает из внешних частей к ядру, где оно «сгорает».

В 1942 г. Чандрасекар и Шенберг сделали важный шаг дальше. Приняв, как делают и сейчас, с достаточным основанием, что масса звезды постоянна, а перемешивания нет, они заключили, что вместо «сгоревшего» в центре водорода возникает гелиевое ядро, все время растущее. Светимость звезды при этом должна возрасти в 2 1/2 раза к той эпохе, когда масса гелиевого ядра достигает 10% от полной массы. Водород выгорает долго: у массивных звезд сотни тысяч лет, у звезд с массой Солнца – несколько миллиардов лет. Ввиду этого большинство звезд на этой стадии мы и застаем.

Важным и неожиданным был результат расчетов М. Шварцшильда и Сандейджа в 1952 г. Они нашли, что гелиевое ядро, лишившееся источников энергии, станет сжиматься, а внешние слои будут расширяться. Энергия будет поступать только из тонкого водородного слоя вокруг ядра. При надлежащем подъеме температуры в ядре наступит реакция, при которой три ядра атома гелия превращаются в ядро атома углерода, и эта новая выделяющаяся энергия питает .звезду, превращающуюся в красного гиганта (или сверхгиганта!). Это превращение идет тем быстрее, чем больше масса звезды.

Для сравнения данных теории с наблюдениями надо обратиться к диаграмме Герцшпрунга – Рессела (сокращенно – диаграмме Г – Р), иначе говоря, к диаграмме спектр (или цвет, или температура поверхности) – светимость. Мы о ней говорили уже вскользь в разделе «Перепись звездного населения на диаграмме светимостей – спектров». Эта перепись вместе с кривой, связывающей массы и светимости звезд, является важнейшим обобщением наблюдений – картиной существующих сочетаний основных физических характеристик звезд. Теории звездной эволюции должны ей удовлетворять. На рис. 152 схематически полосами изображено расположение звезд основных последовательностей, которые выявлены в общей массе изученных звезд. При этом по горизонтальной оси вместо спектров или температур отложен показатель цвета – разность звездной величины звезды в синих и в визуальных лучах. Использование фотоэлектрических фотометров позволило очень точно измерять эти величины. Очень важно, что их этим способом можно измерять и у очень слабых и далеких звезд. Увеличение точности измерения цвета звезд сыграло огромную роль в развитии теории звездной эволюции. Положение звезды на диаграмме должно зависеть от ее массы, начального химического состава и возраста.

Мы видим, что диаграмма Г – Р стала гораздо сложнее, чем казалось сначала. На помощь теории эволюции звезд пришло изучение яркости и цвета звезд в разных рассеянных и шаровых скоплениях.

На рис. 194 представлена знаменитая, классическая сводная диаграмма, составленная Сандейджем в 1957 г. по наблюдениям ряда рассеянных и шарового скоплений. Названия их указаны.

Рис. 194. Диаграмма Сандейджа для звездных скоплений

Мы видим, что все скопления имеют в нижней части диаграммы Г – Р общую главную последовательность звезд (отмечено, где на ней находилось бы наше Солнце). Но верхние концы последовательности в каждом скоплении простираются неодинаково далекой все отклоняются вправо, причем ответвление вправо происходит при разной абсолютной величине (при разной светимости) и при разных значениях показателя цвета.

Обратим внимание, например, на то, что скопления χ и h (хи и аш) Персея, имеющие очень яркие голубые звезды (слева вверху), имеют еще и ветвь красных сверхгигантов (справа вверху), что ярчайшие голубые звезды Плеяд менее ярки, а в NGC 752 совсем слабы и не голубые, а желтоватые. Правая ветвь у М 67 сильно отличается от остальных и сходна больше с ветвью для шарового скопления М 3. Все это крайне важно потому, что звезды одного скопления занимают малый объем и возникли из единого облака газа, а поэтому должны были иметь одинаковый начальный химический состав. Возраст звезд скопления должен быть примерно одинаковым. Спасибо природе за существование звездных скоплений. Они заменили астрономам лаборатории, в которых физики создают известные им условия и не допускают воздействия на вещество слишком многих факторов сразу.

С другой стороны, теория позволила вычислить положение на рис. 194 теоретической линии главной последовательности для недавно образовавшихся звезд (линия «нулевого возраста» или линии начальной главной последовательности), а также линии для звезд в возрасте одного и пяти миллиардов лет. Большинство ближайших к нам звезд оказывается тогда моложе пяти миллиардов лет, так как на диаграмме Г – Р они лежат левее кривой, соответствующей 5•109 лет.

На рис. 195 показаны на диаграмме Г – Р теоретические кривые Шварцвальда, соединяющие звезды равного возраста (108 лет, 2•108 лет и т. д.) и эволюционные пути (треки) звезд разной массы – от 2,5 до 5 масс Солнца. По вертикальной оси отложен логарифм светимости, по горизонтальной оси логарифм температуры, которая вместо цвета используется при подлинных расчетах.

Рис. 195. Теоретические треки звезд

Но на кривых для звездных скоплений на рис. 196 различие положений звезд одного скопления должно зависеть только от их массы, а различия между кривыми разных скоплений должны зависеть от различия возраста и начального химического состава.

Более массивные и более яркие звезды быстрее сжигают водород, и их жизнь короче, а звезды, подобные Солнцу, остаются на главной последовательности около 5 млрд. лет, тогда как звезды, в 10 раз более массивные – в 1000 раз меньше. Это объясняет различие высоты верхнего конца главной последовательности у разных рассеянных скоплений.

У очень молодого скопления звезды находятся на главной последовательности. С возрастом скопления более массивные звезды первыми покидают главную последовательность и смещаются на диаграмме вправо, как показывает рис. 194. Так, со старением скопления верхний уровень главной последовательности постепенно понижается. Этот возраст определяется временем нахождения звезды верхнего конца на главной последовательности. Иначе говоря, он определяется положением точки, где звезды начинают отклоняться вправо от главной последовательности.

Таким образом находят, что скопление NGC 2362 моложе миллиона лет, Плеядам около 20 млн. лет, а М 67 и М 3 более 10 млн. лет.

После того как звезды оставляют главную последовательность, они, по теории, перемещаются вправо в область красных гигантов или сверхгигантов, в зависимости от их массы. В каждом скоплении красные гиганты или сверхгиганты имеют светимости такие же, какова светимость звезд, начавших покидать главную последовательность и смещаться вправо. Зто соответствует замене водородного ядра звезды гелиевым.

Но между смещенным концом главной последовательности и звездами-гигантами виден перерыв, пробел. Он называется пробелом Герцшпруыга, впервые его заметившим. Этот перерыв велик у молодых рассеянных скоплений с горячими звездами и тем меньше, чем рассеянное скопление старее и чем холоднее и слабее его самые яркие звезды. Это объясняется тем, что массивные яркие звезды быстро переходят в состояние красных гигантов и застать их поэтому в промежуточном состоянии трудно. Мало массивные звезды переходят в ото состояние медленнее и для них пробел Герцкшрунга сокращается. У шарового скопления М 3 этого пробела нет совсем. Отклонение от главной последовательности для М 3 происходит уже у звезд, имеющих абсолютную звездную величину +4m, т. е. лишь вдвое более ярких, чем наше Солнце.

Различие начального химического состава сказывается в следующем. Диаграммы Г – Р у шарового скопления М 3 и очень старого рассеянного скопления М 67 очень сходны и возраст их близок, так как. главные последовательности их кончаются в одной точке, около М=+4m. Однако, в М 67 красные гиганты в. 10 раз слабее, чем в М 3.

Количественный химический анализ по спектрам показывает, что звезды в гало (в ореоле или короне) Млечного Пути и шаровые скопления раз в 100-500 беднее металлами, чем звезды, образующие диск Галактики. Это делает их атмосферы более прозрачными. Их излучение приходит к нам поэтому из более глубоких и горячих слоев и они белее и ярче, чем звезды, более богатые металлами, находящиеся в той же области диаграммы Г – Р.

Итак, оказывается, что рассеянные скопления и звезды, подобные находящимся в них, непрерывно образовывались в течение 10 млрд. лет, тогда как шаровые скопления и звезды галактической короны все возникли раньше, более 10 млрд. лет назад. (Некоторые оценивают их возраст даже в 1011-1013 лет.)

Такая связь между возрастом звезд и их положением в Галактике показывает, что когда Галактика была молода, звезды возникали во всем ее сферическом объеме и так же был распределен газ, из которого они сконденсировались. В дальнейшем вращение Галактики сплющивало массу находящегося в ней газа; он оседал к галактической плоскости, превращаясь в диск, и в нем продолжалось формирование звезд, тогда как в ореоле Галактики им стало уже не из чего образовываться.