Спектральная классификация звезд

По спектрам звезд астрономы изучают состав и строение звезд, физические процессы, протекающие в них, определяют расстояния до звезд и исследуют движение звезд в пространстве.

Спектры звезд впервые стали исследовать в начале XIX в. Однако в то время еще не были известны законы спектрального анализа (см. Электромагнитное излучение небесных тел). Лишь после открытия этих законов в середине XIX в. стали систематически наблюдать звездные спектры.

Первые наблюдения были визуальными, производились они с помощью, спектроскопа. Применение фотографии во второй половине XIX в. открыло широкую дорогу спектральным исследованиям. Фотопластинка, помещенная в телескопе, перед объективом которого ставили призму, регистрировала сотни звездных спектров за одну экспозицию.

На основе многочисленных снимков спектров звезд, полученных в США на Гарвардской обсерватории, в начале XX в. была разработана детальная классификация звездных спектров. С небольшими изменениями она применяется и в настоящее время. Эта классификация звездных спектров называется гарвардской. Отдельные классы звезд обозначаются в ней буквами. Подклассы в каждом спектральном классе нумеруются цифрами от 0 до 9 после буквы, обозначающей класс. В классе О подклассы начинаются с Об. Последовательность спектральных классов отражает непрерывное падение температуры звезд по мере перехода к все более поздним спектральным классам. Она выглядит следующим образом:

В спектральном классе М имеется разветвление, указывающее на три немногочисленные группы холодных звезд спектральных классов R, N и S.

Подавляющее большинство звезд относится к последовательности от О до М. Эта последовательность непрерывна: характеристики звезд плавно изменяются при переходе от одного класса к другому.

Гарвардская спектральная классификация звезд основана на виде и числе спектральных линий. В обычном звездном спектре, как и в спектре Солнца, они выглядят темными линиями на светлом фоне непрерывного спектра. Линии принадлежат различным химическим элементам. Их вид в спектре обусловлен в основном температурой звезды. Приведем ниже более подробное описание спектральных классов и назовем яркие звезды, являющиеся типичными представителями их.

Класс О - самые горячие звезды во Вселенной. Температура (Т) их поверхности - в среднем около 40 000 К. В их спектрах основными линиями являются слабые линии водорода и ионизованного и нейтрального гелия. Пример: δ, λ, и ε Ориона.

Класс В - менее горячие звезды. Т≈15 000 К. Линии водорода и гелия более четки, чем в классе О. Пример: Спинка.

Класс А характеризуется интенсивными широкими линиями водорода, линий гелия нет, появляются слабые линии металлов. Т≈8500 К. Пример: Вега, Сириус.

Класс F - линии водорода стали слабее, чем у класса А, много линий ионизованных металлов, в частности железа. Т≈6600 К. Пример: Канопус, Процион.

Класс G - звезды со спектром, подобным солнечному. Т≈5500 К. Пример: Капелла, альфа Центавра, Солнце.

Интенсивность абсорбционных и эмиссионных спектральных линий в звездах различных спектральных классов

Типы звездных спектров: 1) HD 461061 (В2); 2) γ Большой Медведицы (АО); 3) 45 Волопаса (F5); 4) 16 Лебедя (G2); 5) 61 Лебедя (К5)

Класс К - звезды, более холодные, чем Солнце. Т≈4100 К. Линии водорода очень слабы, линии нейтральных металлов усилены, видны слабые полосы молекул СН и CN. Примеры: Арктур.

Класс М - самые холодные звезды. Т≈2800 К. Интенсивны линии металлов, а также полосы молекул (особенно окиси титана). В классах R и N видны темные полосы углерода и циана, а в классе S - окиси циркония. Примеры: Бетельгейзе, Антарес, Мира Кита.

Интенсивность спектральных линий в различных классах хорошо видна на рисунке (с. 267), где по горизонтальной оси отложены спектральные классы, а по вертикальной - интенсивности линий различных химических элементов.

Хотя спектральная классификация звезд основана на характеристиках спектральных линий, непрерывный спектр, на фоне которого эти линии наблюдаются, также существенно изменяется при переходе от класса О к классу М. У горячих звезд О и В усилена синяя часть спектра и слаба красная; звезды F и G имеют наибольшую интенсивность излучения в желтых лучах, а звезды М светят преимущественно в красной области и крайне мало излучают в синей. В соответствии с этим изменяется цвет звезд: О и В - голубоватые звезды, А - белые, F и G - желтые, К - красноватые (оранжевые), М - красные.

Классификация, рассмотренная выше, является одномерной, так как основной характеристикой, учитываемой в ней, является температура звезды. Но среди звезд одного и того же спектрального класса есть звезды-гиганты и звезды-карлики (см. Звезды). Они различаются по плотности газа в атмосфере, площади поверхности, светимости. Эти различия отражаются на спектрах звезд.

В 1953 г. была разработана новая, уточненная двумерная классификация звезд. По этой классификации у каждой звезды кроме спектрального класса указывается еще класс светимости. Он обозначается римскими цифрами от I до V. Цифра I относится к сверхгигантам, II-III - к гигантам, IV - к субгигантам, и цифра V характеризует карлики. В этой новой классификации спектральный класс звезды Веги выглядит как AOV, Бетельгейзе - М21, Сириуса - AIV. Новая классификация позволяет определять расстояния до звезд по их спектрам и видимым звездным величинам. Сейчас она является общепринятой и широко используется в астрономии.

В настоящее время известны спектральные классы многих сотен тысяч звезд. Изданы объемистые каталоги спектров звезд. Работы по спектральной классификации звезд широко и успешно ведутся в СССР.

Все сказанное выше относится к нормальным звездам. Однако во Вселенной есть великое множество нестандартных звезд с необычными спектрами. К ним относятся прежде всего так называемые эмиссионные звезды. Для их спектров характерны не только темные (или абсорбционные) линии, но и светлые линии излучения, более яркие, чем непрерывный спектр. Такие линии называются эмиссионными. Присутствие в спектре звезды эмиссионных линий обозначается буквой "е" после спектрального класса. Так, имеются звезды Be, Ae, Me. Наличие в спектре звезды О определенных эмиссионных линий обозначается как Of. Существуют необычные звезды, открытые французскими астрономами Вольфом и Райе. Спектры этих звезд состоят из широких эмиссионных полос на фоне слабого непрерывного спектра. Их обозначают WC и WN, в гарвардскую классификацию они не укладываются. В последнее время были открыты инфракрасные звезды, которые в видимой области спектра очень мало или совсем не излучают; почти всю свою энергию они излучают в невидимой инфракрасной области спектра. Их температура не превышает 1800 К.