О внутреннем устройстве звезды судят по тому, что можно измерить снаружи, и по физическим законам. Звёздная модель описывает, как с расстоянием от центра меняются масса внутри слоя, давление, температура, плотность, состав и переносимая энергия. Это проверяемое расчётное описание, а не изображение воображаемого разреза.
Какие условия связывает модель
В спокойной звезде каждый слой испытывает тяготение внутрь. Разность давления между его нижней и верхней сторонами противодействует сжатию: это гидростатическое равновесие. Оно не означает отсутствия движения каждой частицы; вещество горячее, возможны потоки и колебания.
Уравнение состояния связывает давление с плотностью, температурой и составом. В обычной звезде важны газовое давление и излучение; у компактных остатков нужны также квантовые и, при необходимости, релятивистские эффекты.
Энергия выделяется в ядерных реакциях, а на некоторых этапах существенны гравитационное сжатие и охлаждение. Из внутренних областей она переносится излучением, движением вещества — конвекцией, а в плотном веществе может быть важна теплопроводность. В длительном устойчивом состоянии поступление и отдача энергии согласованы. Во время быстрых изменений простого стационарного равновесия недостаточно.
Расчёт учитывает начальную массу, химический состав, возраст и допущения о перемешивании, потере массы, вращении. В тесной двойной системе обмен веществом способен сильно изменить эволюцию. Поэтому начальная масса — главный ориентир, но не единственная причина конечного результата.
Как проверяют недоступные недра
Модели сравнивают с наблюдаемыми радиусами, светимостями, спектрами и массами двойных звёзд. Колебания Солнца позволяют исследовать его внутреннее строение методом гелиосейсмологии. Солнечные нейтрино несут сведения о реакциях в ядре и, в отличие от фотонов, почти свободно покидают недра. Согласие разных проверок важно; совпадение одной величины ещё не делает модель окончательной.
Наблюдать всю миллиардолетнюю биографию одной звезды невозможно. Но разные звёзды показывают разные стадии, а звёздные скопления особенно полезны: их участники в основном сформировались примерно в одну эпоху. Сравнение распределения температур и светимостей с расчётами помогает оценивать возраст и проверять эволюционные пути. Некоторые короткие события — вспышки и выбросы — удаётся наблюдать непосредственно.