Горизонтальна гілка, або горизонта́льне відгалу́ження — стадія еволюції зір малої маси та низької металічності, а також область, яку вони займають на діаграмі Герцшпрунга — Рассела. Ця стадія настає після гілки червоних гігантів і передує асимптотичній гілці гігантів. Зорі на ній виділяють енергію завдяки ядерному горінню гелію. Світності цих зір лежать у вузькому діапазоні, проте їхні температури сильно різняться. У низькотемпературній частині горизонтальної гілки зосереджені більш масивні та металічні зорі населення I, які утворюють червоне згущення, тоді як термін «горизонтальна гілка» здебільшого застосовують до зір населення II.

Зорі горизонтальної гілки часто є змінними типу RR Ліри, а самі горизонтальні гілки добре помітні на діаграмах Герцшпрунга — Рассела для кулястих зоряних скупчень. З горизонтальними гілками кулястих скупчень пов'язана одна з нерозв'язаних проблем астрономії — проблема другого параметра.

Еволюція

Зорі потрапляють на горизонтальну гілку після гелієвого спалаху, яким завершується їхнє перебування на гілці червоних гігантів, і початку ядерного горіння гелію — цей перехід триває дуже короткий час, близько 104 років. Це визначає граничні маси зір горизонтальної гілки: до неї потрапляють зорі з початковою масою від 0,5 до 2,3 . Зорі з масою менш ніж 0,5 взагалі не здатні запустити горіння гелію, а в зір із масою понад 2,5—3 горіння гелію починається без спалаху — вони не потрапляють на горизонтальну гілку, а проходять блакитну петлю.

Еволюційна стадія визначає й будову таких зір: їхнє ядро майже повністю складається з гелію. Склад зовнішньої оболонки мало відрізняється від складу міжзоряного середовища, яке переважно складається з водню та гелію: в оболонках лише трохи більше гелію через перше зачерпування, що відбулося на гілці червоних гігантів. У ядрах таких зір відбувається потрійний альфа-процес, унаслідок якого утворюються вуглець і кисень, а на межі ядра й оболонки відбувається перетворення водню на гелій, головно через вуглецево-азотний цикл.

Коли зоря перебуває на горизонтальній гілці, потужність, що виділяється під час горіння водню в шаровому джерелі, зменшується, тоді як потужність горіння гелію в ядрі зростає. Поки основна частка енергії надходить від горіння водню, температура поверхні зорі з часом підвищується, а коли починає домінувати горіння гелію — температура знижується. Через це на діаграмі Герцшпрунга — Рассела зоря описує петлю. Через внутрішню конвекцію та періодичне перемішування речовини зоря здійснює ще кілька таких петель. Крім того, її світність поступово зростає, що відповідає руху вгору на діаграмі.

З часом запас гелію в ядрі зменшується; у певний момент він перестає горіти в ядрі й починає горіти в шаровому джерелі. Зовнішні оболонки зорі розширюються й охолоджуються, і на діаграмі Герцшпрунга — Рассела вона залишає горизонтальну гілку та рухається вгору й праворуч, переходячи на асимптотичну гілку гігантів. Час перебування зорі на горизонтальній гілці приблизно на два порядки менший, ніж час її перебування на головній послідовності; наприклад, для зорі з масою Сонця він становить близько 100 мільйонів років.

Характеристики Зорі горизонтальної гілки мають майже однакові світності — їхні абсолютні зоряні величини зазвичай становлять 0,3—0,9m, але охоплюють широкий діапазон температур — від 4 до 35 тисяч кельвінів. Це призводить до того, що на діаграмі Герцшпрунга — Рассела такі зорі розташовані майже горизонтально, звідси й назва горизонтальної гілки. Проте у високотемпературній області світність зір починає зменшуватися зі зростанням температури, і ця частина діаграми вже не є горизонтальною.

Зорі, які щойно потрапили на горизонтальну гілку, утворюють так звану горизонтальну гілку нульового віку (). Положення конкретної зорі на ній визначають кілька параметрів: загальна маса зорі й маса гелієвого ядра (або маса оболонки), а також частка гелію та металічність зовнішніх оболонок.

Найбільше на температуру впливає маса оболонки зорі, яка може відрізнятися навіть у зір з однаковою початковою масою та хімічним складом: оболонка втрачає масу випадковим чином, коли зоря перебуває на гілці червоних гігантів. За однакової маси гелієвого ядра, що менша маса оболонки, то вища температура поверхні зорі. Збільшення частки гелію підвищує світність зір із масивними оболонками й низькою температурою, але знижує світність зір із маломасивними оболонками й високою температурою — відповідно змінюються нахил і форма горизонтальної гілки на діаграмі. Крім того, для всіх зір збільшення частки гелію підвищує їхню температуру. Нарешті, зростання вмісту важких елементів робить зорі холоднішими і тьмянішими.

Більш масивні зорі, хоча й еволюціонують якісно подібним чином, досягають горизонтальної гілки у молодшому віці, а отже, мають більший вміст важких елементів і належать до населення I. Вони щільно зосереджені в червоній частині горизонтальної гілки, яку називають червоним згущенням, і для них термін «горизонтальна гілка» майже не застосовують.

За класами світності зорі горизонтальної гілки зазвичай належать до зір-гігантів, однак найгарячіші з них можуть мати меншу світність, ніж зорі головної послідовності того самого спектрального класу, тому їх відносять до гарячих субкарликів.

Змінність На діаграмі Герцшпрунга — Рассела через горизонтальну гілку проходить смуга нестабільності, тому значна частина зір горизонтальної гілки змінні. Такі зорі належать до змінних типу RR Ліри і пульсують завдяки каппа-механізму, а також слугують стандартними свічками.

Змінними цього типу є всі зорі горизонтальної гілки, що потрапляють у смугу нестабільності. Оскільки на діаграмах Герцшпрунга — Рассела зазвичай не позначають змінні зорі, у відповідній області виникає пробіл Шварцшильда, де мали б розташовуватися змінні типу RR Ліри.

Горизонтальні гілки в кулястих зоряних скупченнях

Горизонтальні гілки добре видно на діаграмах Герцшпрунга — Рассела для кулястих зоряних скупчень. У межах окремого скупчення зорі мають однаковий вік і хімічний склад, тому на горизонтальній гілці одночасно перебувають зорі з дуже вузького діапазону початкових мас. Зорі, що втратили більшу частину оболонки й тому стали найменш масивними, розташовуються в блакитній частині горизонтальної гілки, і навпаки.

Під час вивчення морфології горизонтальної гілки її зазвичай поділяють на три частини: виділяють змінні типу RR Ліри і дві групи зір — блакитніші (з високою температурою) та червоніші (з низькою температурою). Розподіл зір між цими частинами відрізняється в різних зоряних скупченнях. Для його опису вводять параметр «блакитності»: , де  — кількість зір у блакитній частині,  — у червонішій,  — загальна кількість зір горизонтальної гілки. Значення параметра змінюється від −1 для скупчень, у яких усі зорі перебувають у червоній частині, до 1 для скупчень, у яких усі зорі перебувають у блакитній частині.

З цією величиною пов'язана так звана проблема другого параметра (або «проблема третього параметра»). Теоретично блакитність горизонтальної гілки має сильно залежати від віку та металічності кулястих зоряних скупчень. Чим вища металічність зір, тим у блакитнішій області вони мусять розташовуватися, а що більший вік скупчення, то менш масивні зорі потрапляють на горизонтальну гілку і, відповідно, зміщуються до блакитнішої області. Однак навіть скупчення з однаковим віком і металічністю можуть мати зовсім різну морфологію горизонтальної гілки. Тому невідомий параметр (або їх сукупність), який впливає на блакитність горизонтальної гілки, називають «третім параметром», або, якщо залежність від віку вважають очевидною, — «другим параметром», що й дало назву проблемі.

Див. також Червоне згущення Змінні типу RR Ліри

Джерела

Література

Посилання