Журнал Наука и Техника (НиТ) - «Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2006 № 01 (1)

Наше Солнце — одна из звезд главной последовательности — находится примерно в середине длительного стабильного этапа своей жизни. Возраст Солнца около 5 миллиардов лет, и за все время его светимость менялась не более чем на 30 % без каких-либо резких скачков. Это позволило нашей планетной системе существовать в почти неизменных условиях, дало жизни возможность возникнуть и развиться, по крайней мере, на одной планете Солнечной системы — на Земле. Однако в свое время — примерно через 5.7 млрд. лет — спокойная жизнь для Солнечной системы закончится. Согласно теории звездной эволюции, все звезды, имеющие массу от одной до нескольких масс Солнца (Мо), на заключительном этапе вступают в фазу красного гиганта. Основная причина перехода к красному гиганту — перестройка процессов ядерного горения в недрах звезды. На главной последовательности основной источник энергии в звездах — превращение водорода в гелий.

Когда в ядре звезды исчерпано водородное горючее, начинается сжатие ядра. Температура повышается до ~10 8К, и становятся возможными ядерные реакции гелия и углерода-12. Реакция углерода с гелием приводит к образованию кислорода. Затем и гелий в ядре заканчивается. Звездное ядро к этому времени состоит в основном из углерода с примесью изотопов кислорода и более тяжелых элементов. В двух слоях, окружающих ядро, ядерные реакции продолжаются: в прилегающей к ядру оболочке продолжает гореть гелий, в более внешней — водород. Радиус звезды увеличивается многократно, от величин одного радиуса Солнца (Ro) до сотен Ro. У звезды развивается мощная конвективная зона, которая занимает до 99.9 % радиуса звезды (R*). Температура поверхности падает до 2000–3000 К, но светимость возрастает за счет увеличения размеров звезды и достигает нескольких тысяч светимостей Солнца. В это время звезда быстро (звезды солнечной массы — за несколько миллионов лет) перемещается на диаграмме Г-Р с главной последовательности сначала на горизонтальную ветвь, где ее светимость меняется мало, а температура падает. Затем звезда вступает на ветвь красных гигантов, а затем поднимается еще выше, к вершине своей эволюции на диаграмме Г-Р и достигает асимптотической ветви гигантов (АВГ), которая была названа так потому, что звезды разных масс за разное время “асимптотически” приближаются примерно к одной и той же области диаграммы Г-Р.

Когда звезда находится на АВГ, она начинает интенсивно терять вещество. Образуется протяженная газопылевая оболочка, которая, расширяясь, рассеивается в межзвездной среде. Стадия потери массы на АВГ — от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов лет — очень кратковременна по сравнению со временем жизни звезды солнечной массы на главной последовательности. Звезда с солнечной массой растрачивает на АВГ значительную часть своего вещества. По мере того, как она освобождается от внешних холодных слоев, ее температура быстро растет и звезда быстро смещается влево по диаграмме Г-Р. Этому состоянию соответствует ветвь Пост АВГ (“после асимптотической ветви”). В результате конвективная оболочка полностью сбрасывается и от звезды остается вырожденное ядро — белый карлик с температурой поверхности до 50 000 К, который не имеет ядерных источников энергии и в последующем медленно остывает. Звезда на диаграмме Г-Р быстро “падает” вниз, в область белых карликов. Сброшенная околозвездная оболочка ионизируется под действием ультрафиолетового излучения горячего белого карлика и образует вокруг него планетарную туманность. Так заканчивают свой жизненный путь звезды солнечного типа. Впервые подобная идея была высказана советским астрофизиком И.С. Шкловским в 1956 г. (Астрон. журнал, т. 33, № 3, с. 315–329), который обратил внимание, что ядро красного гиганта — это готовый белый карлик, которому остается лишь освободиться от окружающей оболочки. В настоящее время эта схема эволюции является общепринятой.

До недавнего времени Солнечная система оставалась единственной известной нам планетной системой во Вселенной. Как обнаружить планету около другой звезды? Самый прямой способ — поиск в окрестностях звезды при помощи крупного телескопа. Однако планета сама не светится, а лишь отражает свет звезды, причем малую его долю. Если планета близка к звезде, то ее слабый отраженный свет будет “тонуть” в лучах самой звезды. Если же планета далеко, то отделить ее от звезды проще, но и отраженный свет окажется слабее. Прямые наблюдения планет около ближайших звезд — дело будущего, хотя и недалекого. Пока используются только косвенные методы поиска внесолнечных планет. Самый старый из них — астрометрический — поиск невидимых спутников по отклонениям в собственных движениях звезд на небесной сфере, к сожалению, не дал достоверных результатов.