Червоні карлики. В чому їх особливості та як червоні карлики перетворюються в блакитних
Червоний карлик — за діаграмою Герцшпрунґа—Рассела мала й відносно холодна зоря головної послідовності, спектрального класу М.
Діаграма Герцшпрунга—Рассела — точкова діаграма, що відображає залежність між спектральним класом і світністю зір, або між іншими величинами, безпосередньо пов'язаними з цими двома.
Спектральна класифікація зір — класифікація зір за особливостями їхніх спектрів. Спектри зір сильно різняться. Здебільшого вони неперервні з лініями поглинання. Сучасна спектральна класифікація двопараметрична: вид спектру, що залежить насамперед від температури, описується спектральним класом, а світність зорі описується класом світності. Також класифікація може враховувати додаткові особливості спектра.
Зорі спектрального класу M загалом мають ефективні температури менші за 4200°K. Вони містять у своїх спектрах лише лінії нейтральних (неіонізованих) металів та смуги ліній, що свідчать про наявність в їніх зоряних атмосферах певних молекул. Здебільшого, це молекули окису титану, лінії яких досягають максимуму своєї інтенсивності у підкласі М5, та окису ванадію, молекулярні смуги якого стають сильнішими у пізніших (холодніших) M зорях. За таких низьких ефективних температур лінії водню в спектрах зір спектрального класу M зовсім відсутні.
Червоні карлики неабияк відрізняються від інших зір. Діаметр і маса їхні не перевищують третини сонцевої (нижня межа маси — 0,0767 сонцевої, — менші тільки коричневі карлики). Температура поверхні червоного карлика сягає 3500 °К, що можна порівняти з розжареною спіраллю лампи розжарювання, отож, попри свою назву, червоні карлики, аналогічно лампам, сяють світлом не червоного, а радше вохристо-жовтуватого відтінку. Зірки цього типу випромінюють дуже мало світла, іноді в 10000 разів менше Сонця. Через малу швидкість згоряння водню червоні карлики мають дуже велику тривалість життя — від кількадесяти мільярдів до трильйонів років (червоний карлик в 0,1 маси Сонця горітиме 10 трильйонів років).
Їхня низька світність пов'язана з низькою температурою та їхньою високою щільність, у звязку з цим випромінюванню дуже важко покинути зорю.
У червоних карликах неможливі термоядерні реакції за участю гелію, тому вони не можуть розвинутись у червоні гіганти. Із часом вони поступово стискаються й дедалі більше нагріваються, поки не витратять увесь запас водневого палива, і згодом перетворюються на блакитні, а відтак — на білі карлики з гелієвим ядром. Але з моменту Великого вибуху минуло ще недостатньо часу, аби червоні карлики змогли зійти з головної послідовності.
Позаяк червоні карлики лишаються на головній послідовності, тимчасом як решта зірок сходять з неї, це дозволяє визначити вік зоряних скупчень через знаходження маси, за якої зорі змушені зійти з головної послідовності. Опріч того, той факт, що на тепер не виявлено жодного червоного карлика поза головною послідовністю, свідчить про те, що Всесвіт має кінцевий вік.
Поширення у Всесвіті
Червоні карлики — найпоширеніші об'єкти зіркового типу у Всесвіті. Проксіма Центавра (щонайближча зірка до Сонця) — теж червоний карлик (спектральний клас M5,5Ve; зірковий розмір 11,0m), як і двадцять з наступних тридцяти найближчих до нас зірок. Проте, з уваги на їхню низьку яскравість, ці небесні тіла слабо вивчені.
Проблема первинних червоних карликів
Одна з загадок астрономії — замала кількість червоних карликів, що геть не містять металів. Згідно з моделлю Великого вибуху, перше покоління зір мало містити лише водень і гелій (і дещицю літію). Коли в числі останніх були червоні карлики, то вони повинні горіти й сьогодні, чого не спостерігаємо. Загальновизнане пояснення полягає в тому, що зірки з малою масою не можуть сформуватися без важких елементів. Через те, що в легких зорях протікають термоядерні реакції за участю водню в присутності металів, рання протозоря з малою масою, позбавлена металів, не в змозі «спалахнути» й змушена зоставатися газовою хмарою, допоки не отримає більше матерії. Усе це править за підтримку теорії про те, що первісні зорі були дуже масивні й незабаром після виникнення загинули, викинувши велику кількість металів, які необхідні для формування легких зірок.
Планети в системах червоних карликах
У 2005 році були відкриті екзопланети, що обертаються навколо червоних карликів. Одна з них завбільшки з Нептун (близько 17 мас Землі). Ця планета кружляє на відстані всього в 6 мільйонів кілометрів від власного світила, і отже повинна мати температуру поверхні близько 150 °C, попри низьку світність зірки. У 2006 році біля червоного карлика була виявлена планета земного типу. Її орбіта завдальшки 390 мільйонів кілометрів від зорі, а температура поверхні дорівнює −220 °C. 2007 року знайшли планети в придатній для життя зоні червоного карлика Глізе 581, а 2010-го — й біля його побратима Глізе 876 в тій самій зоні. У 2014 році поблизу ще одного червоного карлика Kepler-186 була відкрита розміром подібна до Землі планета Kepler-186 f на придатній для життя орбіті.
Як червоний карлик перетворюється в блакитного?
В процесі термоядерних реакцій у червоних карликах дейтерій (ізотоп водню) об'єднується із ще 3-ма атомами дейтерію утвоюється в гелій. В результаті зменшується концентрація водню у зорі, але збільшується розмір гелієвого ядра, що спричиняє дестабілізацію зорі.
Всі червоні карлики конвективні зорі(єдиний тип зір, які мають таку властивість), у зв'язку з цим не весь водень вигорає так як водень поступово втікає з ядра до зовнішніх шарів зорі, де температура уже недостатня для їхнього синтезу
В результаті знижується тиск випромінювання, що підтримує її форму та розміри і збільшується вплив гравітації, яка заставляє стискатися зорю. У зв'язку , що червоні карлики не можуть синтезувати гелій у вуглець термоядерні реакції зупиняються, а при стисканні зорі щільність зростає, як результат температура росте, але через недостатню масу змінюється його світність і він стає блакитним, після чого карлик через певний період часу стає білим карликом і це є останній етап життя червоних карликів, поступово температура знижується протягом мільярди років перетворюючись у коричневого карлика.