Гравитация и относительность - Цзю Х.
Скачать (прямая ссылка):
Возраст звезд определяют в сущности по степени «выгорания» в них водорода. Вначале звезды состоят из водорода и примеси тяжелых элементов, причем в центре звезды происходят ядерные реакции. По мере выгорания водорода в центре область, в которой происходит реакция, расширяется. По мере ее расширения несколько возрастает светимость. Наконец, звезды достигают такого этапа, когда их характер начинает радикально изменяться. Происходит сильное расширение, и они превращаются в красных гигантов.
На фиг. 8.4 показана известная диаграмма Герц-шпрунга — Расселла, на которой представлена зависимость логарифма светимости звезд от логарифма температуры их поверхности. Светимость характеризует мощность звездного излучения, а светимость Солнца принята за единицу. Из диаграммы видна температура поверхности Солнца.
Вновь сформировавшаяся звезда идет вниз по прямой линии, именуемой главной последовательностью. Первоначальное положение звезды на главной последовательности определяется ее массой. Более массивные звезды обладают вначале более высокими светимостью и температурой. После того как в звезде выгорела определенная часть (скажем, 20—30%) водорода, она начинает довольно быстро двигаться от главной последовательности вверх — в область красных гигантов. Что происходит после этого, не вполне ясно. По-видимому, звезда заканчивает свое развитие в виде белого карлика.
Таким образом, при определении возраста звезды по ее светимости необходимо знать время, в течение которого звезда данной массы теряет от 20 до 30% водорода. Ta доля водорода, которая должна выгореть в звезде перед тем, как она сойдет с главдой последова-
Влияние переменной гравитации на Солнечную систему 267
тельности, определяется на основании теории звездной эволюции. Какая-то система звезд, появившихся одновременно, например скопление Плеяд, первоначально
Фиг. 8.4. Диаграмма Герцшпрунга — Расселла, дающая распределение звезд по температуре и светимости.
Светимость Солнца принята равной единице.
двигалась вниз по главной последовательности. Ho массивные звезды, обладавшие большой светимостью, быстро сожгли свой водород и отошли от главной последовательности в область красных гигантов. Таким образом и «вышло, что в настоящее время Плеяды лежат не на главной последовательности, а на ниспадающей кривой, изображенной на фиг. 8.4. Форма этой кривой позволяет определить возраст данного звездного скопления (по
268
Глава 8
точке, в которой кривая касается главной последовательности).
Плеяды еще довольно молоды. В случае же более старых скоплений самые массивные звезды в них уже мертвы. Сначала они превратились в красных гигантов, затем, по-видимому, быстро прошли путь дальнейшего развития и кончили его в виде белых карликов. Самая нижняя кривая соответствует звездам весьма старого скопления М67.
Кривые фиг. 8.4 не отражают развития звезд во времени, и отдельные звезды вовсе не движутся вдоль кривых. Кривые характеризуют распределение звезд в ка-кой-то определенный момент — «теперь». Распределение позволяет произвести оценку возраста всего скопления. Таким образом и получены наши данные об эволюционном возрасте звезд. Если же гравитационное взаимодействие изменяется со временем, то эти данные неверны.
В табл. 8.1 приведены различные значения возраста Галактики, определенные на ооновании теории звездной эволюции для постоянного и меняющегося со временем G. Шаровые скопления содержат звезды, принадлежащие к числу самых старых известных звезд. Эволюционный возраст этих звезд оценивается в 25 млрд. лет. Ho такая оценка весьма неточна.
Как уже говорилось, некоторые из величин, приведенных в табл. 8.1, внушают серьезные сомнения. Могут быть ошибочными болометрические поправки для видимых светимостей. Ошибки могут содержаться и в значениях абсолютной видимой светимости, а также подсчитанной яркости звезд на главной последовательности и доли водорода, выгоревшего при прохождении по главной последовательности. При всем этом шаровые скопления должны быть старше самых старых звезд популяции I, для которых указанные ошибки невелики. Поэтому их возраст должен превышать 16 млрд. лет. В дальнейшем мы примем, что их возраст равен 25 млрд. лет, имея, впрочем, в виду все возражения.
Итак, мы принимаем эволюционный возраст шаровых скоплений равным 25 млрд. лет при условии, что величина G постоянна. Тогда при учете ускоренной эволюции в прошлом, обусловленной более сильным гра-
Влияние переменной гравитации на Солнечную систему 269
Таблица 8.1
Возрасты астрономических объектов (за единицу принято IO9 лет)
Объект Метод определения возраста Общая теория относительности, О постоянна Случай положительной кривизны по Брэнсу — Дикке, О переменная €0 = 6
Шаровое скопление По звездной эволюции 25 7,8
Старое галактическое скопление NGC 188 По звездной эволюции 16 7,0
Солнце По звездной эволюции 4—15 2,5-6,9
Солнце По радиоактивности 4,5 4,5
Система Галактики По степени исчерпания газообразного водорода 5—12 5—12
Эллиптические галактики Вселенная По звездной эволюции (средний возраст) По содержанию урана с момента первого образования когда появилось 10—16 5,5-7,0
