Ближайшая к Земле звезда - Солнце. Справочные данные о нём приводятся в Гл.IV. Светит Солнце за счет энергии, выделяющейся в процессе превращения водорода в гелий при ядерных реакциях. Они протекают в центральной области светила, где температура превышает 14х106К, а давление в 200 млрд. раз больше атмосферного (у поверхности Земли) и в 100 тыс. раз больше, чем в центре Земли. Хотя состоит Солнце преимущественно из наиболее легких химических элементов (водорода и гелия), в его центре плотность вещества примерно в 150 раз больше плотности воды при нормальных условиях.
Невидимые гамма-излучение и нейтрино, выделяющиеся в этих реакциях, имеют разные судьбы. Нейтрино за 2,3 с преодолевают толщу Солнца и ещё спустя 8,3 мин. некоторые из них проходят сквозь нас и Землю, чтобы затем продолжить свое движение в глубины космоса. С другой стороны, энергии гамма-квантов требуются миллионы лет, чтобы просочиться к поверхности Солнца. При этом излучение, многократно поглощаясь и переизлучаясь, постепенно увеличивает свою длину волны. В результате, выходящее излучение Солнца оказывается заключённым, в основном, в интервале длин волн от 3000 до 20000Å (1Å=10-10 м) с максимумом в желто-зеленой части спектра, рис. 29.
Около 1 % звезд имеет примерно те же массу, плотность и химический состав, что и Солнце. За счет водородного “топлива” в центрах их излучение поддерживается на почти постоянном уровне 10-15 млрд. лет. Затем, после исчерпания этих запасов “топлива” вблизи центра происходит перестройка недр. Область ядерных реакций перемещается ближе к поверхности и на сравнительно короткое время резко возрастает радиус и увеличивается мощность излучения звезды (ее светимость). В случае Солнца это должно привести к гибели биосферы на Земле из-за резкого увеличения температуры.
В дальнейшем звезды типа Солнца, сбросив часть массы, потеряв способность превращать оставшийся водород в гелий и “использовав” другие возможные типы ядерных реакций, сжимаются в десятки и сотни раз. После этого свечение продолжается за счет внутренней энергии недр, накопленной в прошлом. И это может длиться миллиарды лет. Подобные звезды называют белыми карликами. При солнечной массе и земном радиусе средняя плотность вещества белого карлика оказывается порядка миллиона тонн на кубический метр.
Массы звёзд, как правило, заключены в промежутке от 1/50 до 50 масс Солнца. Самые массивные звезды после “выгорания” водорода раздуваются и их радиусы в сотни раз превосходят солнечный. Средняя плотность вещества сверхгиганта меньше плотности воздуха (при нормальных условиях). В центре же такой звезды находится очень плотное ядро, в котором протекают ядерные реакции.
Обычно весь процесс эволюции звезды можно разбить на фазы с разными типами ядерных реакций. Существует следующая закономерность: чем больше масса звезды, тем интенсивнее идут ядерные реакции и тем короче соответствующая фаза эволюции. Например, звезда, в 18 раз более массивная, чем Солнце, проходит фазу выгорания водорода в центре всего за 12 млн. лет. А у звезды, масса которой составляет 0,7 массы Солнца, это время растягивается до 120 млрд. лет.
При повторных наблюдениях одних и тех же звезд в течение десятков лет обнаруживаются многочисленные случаи изменения светимости: периодические и неправильные, с малыми и большими периодами и амплитудами. Соответствующие звезды называют переменными. Эту переменность не следует смешивать с мерцаниями - колебаниями блеска с частотами 2-100 Гц. Причиной мерцаний является движение оптических неоднородностей в земной атмосфере.
Существуют две основные причины переменности звёзд: геометрическая и физическая. В первом случае звезда, кажущаяся одиночной, на самом деле, двойная, причём расстояние между компонентами настолько мало, а система звёзд находится так далеко от наблюдателя, что для него изображения компонентов сливаются в одно. Между тем, компоненты этой системы, обращаясь вокруг общего центра масс под действием взаимной гравитации, при подходящем положении плоскости их орбит могут периодически затмевать друг друга (с точки зрения наблюдателя на Земле).
Во втором случае звезда сама изменяет свою светимость. Такое изменение может иметь следующие причины: 1 - вращение звезды, на поверхности которой имеются достаточно обширные светлые или темные пятна (относительно фотосферы), 2 - пульсация атмосферы звезды, 3 - взрывы в атмосфере и 4 - взрывы в недрах, приводящие к частичному или полному разрушению звезды.
Пример пульсирующей переменной - цефеида. Зависимость светимости ее от времени качественно показана на рис.30. Нарастание светимости происходит быстрее, чем спад. Интервал времени между последовательными максимумами (период цефеиды) у разных звезд заполняет промежуток от часа до 70 суток, но у отдельной звезды сохраняется постоянным. При пульсациях атмосферы радиус звезды изменяется на 10-15 %. По сравнению с обычными звёздами цефеиды содержат значительно больше гелия. Степень ионизации этого элемента меняется при сжатии и расширении оболочки цефеиды таким образом, что потери энергии на пульсацию компенсируются усилением поглощения потока энергии из недр звезды благодаря изменению коэффициента поглощение гелия в определённых фазах пульсации. Цефеиды видны с очень больших расстояний (по сравнению с расстоянием видимости типичных звезд). Это объясняется тем, что светимости цефеид превышают солнечную в 40 - 25000 раз. Благодаря этому обстоятельству, а также особой зависимости между периодами и светимостями цефеиды играют роль маяков Вселенной: по наблюдаемому периоду можно вычислить светимость, а сопоставление её с видимым блеском звезды позволяет найти расстояние.
У звезд, называемых “новыми”, время от времени отделяется оболочка. Она расширяется со скоростью в несколько тысяч километров в секунду. Масса оболочки обычно не больше одной десятитысячной массы звезды. Наблюдатель видит вспышку звезды, при которой за время порядка суток светимость возрастает в десятки тысяч раз и больше; затем на протяжении нескольких лет светимость спадает почти до прежнего уровня.
К “сверхновым” относят звезды, светимость которых при вспышке превышает солнечную более, чем в сто миллионов раз. Невооруженным глазом “сверхновые” наблюдались в 1054, 1572 и 1604 годах, причём в первых двух случаях они были хорошо видны на дневном небе. В 1987 году сверхновая звезда вспыхнула в ближайшей к нам другой галактике - Большом Магеллановом Облаке. (На самом деле это произошло более ста тысяч лет назад - столько времени требуется свету, чтобы пройти разделяющее нас расстояние).
Существуют сотни примеров вспышек “сверхновых” в других галактиках (в астрономической литературе слова “новая” и “сверхновая” записывают с большой буквы).
В случае “сверхновой” во взрыв вовлечена вся звезда, а не только её внешняя, сравнительно тонкая оболочка. На месте взрыва остаются быстро расширяющаяся туманность и звезда с диаметром всего в несколько десятков километров - нейтронная звезда. Плотность её настолько велика, что электроны, “вдавливаясь” в ядра атомов, соединяются с протонами, образуя нейтроны. Поэтому большая часть массы звезды приходится на нейтроны (отсюда и название объекта).
Иногда нейтронная звезда проявляет себя в виде пульсара - источника импульсного радиоизлучения с периодом чередования импульсов от нескольких секунд до сотых долей секунды. Например, период пульсара в центре Крабовидной туманности (остаток “сверхновой” 1054 года в созвездии Телец) составляет всего 1/30 секунды. С таким периодом вращается нейтронная звезда. Она обладает магнитным полем, у которого полюса не совпадают с полюсами вращения звезды (как и у Земли). При ускорении частиц, несущих заряд, магнитным полем звезды возникает радиоизлучение во вращающихся конусах, непрерывно меняющих своё положение относительно наблюдателя.
Возможно, что в некоторых случаях при взрыве “сверхновой” возникает “черная дыра” - объект гравитация которого, не выпускает даже свет, а свойства его не может точно описать даже общая теория относительности (см. также Гл.VII). С точки зрения удаленного внешнего наблюдателя на границе “черной дыры” время останавливается и сам процесс превращения объекта в “чёрную дыру” до конца проследить невозможно.
Предполагается, что “новые” входят в состав двойных звезд (см. ниже), а “сверхновые” имеют массы гораздо большие, чем у Солнца. Поэтому нашему светилу не грозит превращение в “новую” или “сверхновую”.