Еволюція помаранчевих карликів
Помаранчевий карлик або зоря головної послідовності класу K — це зоря головної послідовності (спалює водень) спектрального класу K класу світності. Ці зорі перебувають посередині між червоними карликами (зорі спектрального класу M головної послідовності) та жовтими карликами (зорі спектрального класу G головної послідовності) згідно діаграми Герцшпрунгелла-Рассела.
Вони мають масу від 0,6 до 0,9 мас Сонця та температури поверхні між 3 900 та 5 200 K.
Зо́рі спектра́льного кла́су K є дещо холоднішими за наше Сонце й мають відповідно порівняно нижчі ефективні температури. Здебільшого, в їхніх спектрах спостерігають надзвичайно слабкі лінії водню та нейтральних (неіонізованих) металів (Mn I, Fe I, Si I). Інколи лінії водню є настільки слабкими за інтенсивністю, що взагалі не проявляються у спектрах зір цього спектрального класу.
Помаранчеві карлики є предметом особливого інтересу при пошуку позаземного життя, оскільки вони є стабільними на головній послідовності дуже тривалий час (15-30 мільярдів років, у порівнянні з 10 мільярдами для Сонця). Це може дати можливість розвинутись життю на планетах земної групи, що обертаються довкола таких зірок. Вони також приблизно в три-чотири рази більш поширені ніж схожі на Сонце зорі, що полегшує пошук планет.
Червоні карлики на діаграмі знаходяться дещо нижче жовтих зір на головній послідовності(Main Sequence), йдучи вниз до правого нижнього кута ми бачимо помаранчевих карликів.
Чому помаранчеві карлики відносяться до зір головної послідовності?
Основною ознакою зір головної послідовності є наявність термоядерного синтезу протію (водню) у гелій. Цей період у житті зорі найтриваліший і займає приблизно 90% всього життя зорі.
Помаранчеві карлики відрізняються від червоних карликів не тільки вищою температурою поверхні , а також своїм хімічним складом, тривалістю життя та відсутність конвекції у зорі. Тобто при утворені гелію сам гелій не втікає із ядра а залишається в нього. В результаті продовження реакцій він там накопичується. До того часу поки триває реакції синтезу гелію зоря перебуває у гідростатичній рівновазі, тобто тиск випромінювання збалансовується із гравітацією, яка хоче стиснути зорю.
Незважаючи на те, що у помаранчевих карликів розміри, маса більші та температура вища існують значно менше часу. Із збільшенням розмірів та маси збільшується кількість запасів водню , але при цьому суттєво збільшується температура його горіння(термоядерних реакцій) що призводить до швидших темпів вичерпання палива для подальших реакцій. Коли водень вичерпується зоря стає не стабільною, що призводить до зміни її основних характеристик такі як маса та розміри.
Як помаранчеві карлики стають субгігантами?
Помаранчеві карлики спалючи водень протягом свого тривалого життя водночас накопичує гелій у своєму ядрі. Коли водень у ядрі повністю виснажується залишається тільки гелієве ядро, в якому температура та тиск все ще недостатній для продовження ядерного синтезу, тому реакції просто припиняються. В результаті зоря втрачає внутрішню енергію і гравітація починає перемагати. Однак стиснення зорі призводить до підвищення температури та тиску і реакції запалюються знову але у водневій оболонці навколо гелієвого ядра. І з цього моменту зоря вважається субгігантом. Увесь гелій, що синтезується навколо ядра він опускається повільно до ядра, збільшуючи його розміри та масу.
Оскільки енергії стає більше збільшується і кількість випромінювання, як результат зоря починає розширюватися. Діапазон можливого збільшення зорі складає 2-10 разів. У зв'язку із розширенням зорі температура спадає, а нижчі температури означає більш червоний колір.
На цій стадії зорі мають колір близький до помаранчевого і температури поверхні близькі до 5000К. Незважаючи на суттєве охолодження під час розширення зоря суттєво збільшує свою світність. Еволюція помаранчевих карликів до 40% маси Сонця на цьому припиняється і зоря поступово зменшується в розмірах, що призводить до перетворення у білого карлика, який уже не генерує енергію, а його внутрішня температура перетворюється у світність. Незважаючи що такі зорі називають білими карликами вони досить тусклі і важко їх ідентифікувати. В подальшому зоря поступово перетворюється на коричневого карлика - зоря, що в останнє змінює свою світність, і остаточно спектр її випромінювання залишає видимий спект.
За яких умов помаранчеві карлики можуть стати гігантами?
Гігантами можуть стати помаранчеві карливи маса яких знаходиться в діапазоні від 40% до 60% маси Сонця.
У зв'язку із більшими тисками в таких зорях призводить до сильнішого стиснення ядра і в результаті ядро зорі стає виродженим, тобто матерія більше не може стискатися далі. Це стиснення підвищує температуру, що у свою чергу збільшує швидкість термоядерного синтезу у водневій оболонці. Під час цього процесу енергії виробляється ще більше і зоря розширюється та червоніє так утворюється червоний гігант. Найвідомішими прикладами є Альдебаран та Арктур.
Незважаючи на свої розміри ці зорі мають відносно невисокі температури поверхні 3000-4000К, але при цьому дуже яскраві. Наприклад Арктур - це друга найяскравіша зоря в нашій галактиці.
Після того, як вичерпується водень у гелієвій оболонці, зоря здуває зовнішні шари і в результаті утворюються білий карлик і навколо нього утворюється планетарна туманність.
