Основні фізичні параметри зірок
Зірки, як і всі фізичні тіла, мають певні фізичні властивості та параметри. Головними є: маса (M), радіус (R), світність (потужність випромінювання - L), ефективна температура (T), прискорення сили тяжкості (вимірюється в логарифмах – lgg), кутова швидкість обертання (ω), напруженість магнітного поля (H) та інші. До фізичних характеристик зірок також відносять хімічний склад та вік. Багато параметрів взаємопов'язані, наприклад, світність залежить від маси зірки, а кутова швидкість – від температури. Оскільки зірки від нас дуже далеко, їх фундаментальні параметри визначаються побічно – з допомогою спостережуваних параметрів (зоряних величин, показників кольору, спектра і розподілу енергії у ньому і т.д.). Розглянемо фізичні параметри докладніше.
Маса- основний параметр, який визначає еволюцію зірки, процеси, що відбуваються в ній, тривалість життя, а також інші параметри на всіх етапах її існування. Маси зірок зазвичай вимірюють в одиницях маси Сонця, для нормальних зірок вони становлять приблизно від 1/10 до 100 мас Сонця. Нижня межа мас визначається мінімальним значенням, при якому завдяки гравітаційній енергії ядро зірки здатне нагрітися до температури, достатньої для запалення термоядерних реакцій. Верхня межа мас зірок обмежена тиском власного випромінювання. Зі спостережень вдається визначити маси лише подвійних зірок за допомогою третього закону Кеплера.
Радіусизірок змінюються в ширших межах, ніж маси. Зірки-карлики можуть мати радіуси в 10 разів менше сонячного, тоді як зірки-гіганти в сотні разів більші. Як наслідок, світність звичайних зірок може бути як у десятки тисяч разів меншою, так і в сотні тисяч разівбільше, ніж у Сонця. Залежно від стадії еволюції розміри однієї зірки можуть істотно відрізнятися.
Температура.Це параметр, що характеризує стан речовини або поле випромінювання. Тільки у разі термодинамічної рівноваги всі температури-параметри збігаються між собою. Найбільш фундаментальною температурою, що використовується в астрономії, є ефективна температура, яка визначається за кількістю енергії, що випромінюється зіркою. Якщо прийняти, що зірка випромінює як абсолютно чорне тіло, її ефективну температуру можна визначити за законом Стефана - Больцмана:
E = σ´T 4 ´4π´R 2 (5)
Тут E – потужність випромінювання одиниці поверхні зірки, σ – стала Стефана-Больцмана, T – ефективна температура зірки, R – її радіус.
Хімічний склад– один із фундаментальних параметрів зірки, від якого залежать її будова та спектр випромінювання, що випускається. Вивчення хімічного складу зірок важливо при вирішенні загальнонаукових проблем, таких як походження хімічних елементів, еволюція зірок, походження та розвиток Всесвіту. Хімічний склад зірок та інших небесних тіл визначається за допомогою спектрального аналізу. За хімскладом зірки нашої Галактики поділяються на населення І та ІІ типу. Зірки населення I мають хімсклад, подібний до нашого Сонця, зірки населення II щодо збіднені металами.
Світність зірок. Повну потужність випромінювання зірки в усьому діапазоні електромагнітного спектра називають справжньою або болометричною світністю. Чим більша маса нормальної зірки, тим вища її світність; вона збільшується приблизно пропорційно кубу маси. Це співвідношення маса – світність спочатку було з спостережень, і потім одержало теоретичне обгрунтування. Світність зіркипозначається буквою L і вимірюється у ватах чи одиницях потужності випромінювання Сонця. Світність Сонця дорівнює 3.8 · 10 26 вт.
Прискорення сили тяжіння.Прискорення сили тяжіння на поверхні зірки або, іншими словами, напруженість гравітаційного поля можна обчислити, якщо відомі її маса та розмір, за формулою:
де G – гравітаційна стала.
Вік.Вік зірок визначається різними методами: за місцем зірки на діаграмі «спектр – світність», за просторовим розташуванням у Галактиці, за хімічним складом. Зазначимо, що вік зірок визначається дуже грубо, з великою невизначеністю.