Диаграмма Герцшпрунга-Рассела

Если отложить звёзды по температуре и светимости, они выстроятся не хаотично, а в чёткие группы — это диаграмма Герцшпрунга-Рассела.

Диаграмма Герцшпрунга-Рассела (HR-диаграмма) — график, где по горизонтали температура (или цвет) звезды, по вертикали — светимость (или абсолютная величина).

Карта всех звёзд

В начале XX века Герцшпрунг и Рассел независимо построили этот график и обнаружили: звёзды не разбросаны как попало. Большинство (включая Солнце) лежит на диагональной полосе — главной последовательности: горячие звёзды на ней ярче, холодные — тусклее. Отдельно сверху справа сидят красные гиганты (холодные, но очень яркие за счёт размера), а снизу слева — белые карлики (горячие, но тусклые из-за крошечного размера).

светимость
(вверх ярче)
  10000 |  *гиганты
        |        *
   100  |  *гл.посл-сть
        |      *
     1  |    Солнце*
        |         *
  0.01  | белые*карлики    (горизонталь: T убывает вправо)
        +--------------------------
         горячо ←        → холодно

Где живёт звезда — определяет её судьба

Положение на главной последовательности задаётся одним параметром — массой. Массивные звёзды горячие, яркие и левее-выше; маломассивные — холодные, тусклые, правее-ниже. Звезда проводит на главной последовательности большую часть жизни, сжигая водород в гелий. Когда водород в ядре кончается, она уходит с главной последовательности вправо-вверх, становясь гигантом, а затем (для звёзд вроде Солнца) сбрасывает оболочку и оседает в белый карлик.

def classify_star(T, L):
    """Грубая классификация по температуре (К) и светимости (L_sun)."""
    if L > 1000:
        return "гигант или сверхгигант"
    if T > 7000 and L < 0.1:
        return "белый карлик"
    return "звезда главной последовательности"

stars = [("Солнце", 5778, 1.0), ("Бетельгейзе", 3500, 100000),
         ("Сириус B", 25000, 0.026)]
for name, T, L in stars:
    print(f"{name}: {classify_star(T, L)}")

Вывод:

Солнце: звезда главной последовательности
Бетельгейзе: гигант или сверхгигант
Сириус B: белый карлик

Как работает под капотом

Почему звёзды выстраиваются в полосу, а не заполняют диаграмму равномерно? Потому что для звезды в равновесии температура и светимость связаны: давление излучения и гравитация балансируют только при определённых сочетаниях. Главная последовательность — это геометрическое место таких равновесий для звёзд, сжигающих водород. Гиганты и карлики — это поздние стадии, когда топливо в ядре изменилось. По сути HR-диаграмма — это «фотография» звёздного населения на разных этапах жизни.

Частые ошибки

Читать ось температуры как обычную: на HR-диаграмме температура растёт влево, а не вправо (историческая традиция).
Считать, что положение звезды на диаграмме постоянно — оно меняется по мере эволюции.
Путать яркость (светимость) и видимую величину: на диаграмме именно истинная светимость.

Итог

HR-диаграмма раскладывает звёзды по температуре и светимости.
Большинство звёзд лежит на главной последовательности; гиганты — вверху справа, белые карлики — внизу слева.
Положение на главной последовательности задаётся массой и меняется по ходу эволюции.