Kaip išsiaiškinti žvaigždės masę

Hipergigantinė žvaigždė VY Canis Majoris iš Rutherfordo observatorijos. Tai viena didžiausių ir masyviausių astronomų išmatuotų žvaigždžių. Arthunter, per Wikipedia Commons. CC BY-SA 3.0

Beveik viskas visatoje turi masę , iš atomų ir subatominių dalelių (tokių, kurias tyrinėjoDidysis hadronų greitintuvas) į milžiniškų galaktikų spiečių . Vieninteliai dalykai, apie kuriuos kol kas žino mokslininkai, neturintys masės, yra fotonai ir gliuonai.

Mišias svarbu žinoti, bet objektai danguje yra per toli. Mes negalime jų liesti ir tikrai negalime pasverti įprastomis priemonėmis. Taigi, kaip astronomai nustato daiktų masę kosmose? Tai sudėtinga.

Žvaigždės ir Mišios

Tarkime, kad a tipiška žvaigždė yra gana masyvi, paprastai daug daugiau nei įprasta planeta. Kodėl rūpi jo masė? Šią informaciją svarbu žinoti, nes jis atskleidžia užuominas apie žvaigždės evoliucinę praeitį, dabartį ir ateitį .

Astronomai, naudodami Hablo kosminį teleskopą, nustatė devynias pabaisas žvaigždes, kurių masė daugiau nei 100 kartų viršija Saulės masę. Jie guli žvaigždžių spiečiuje R136 netoliese esančiame Didžiajame Magelano debesyje. Masė yra svarbi charakteristika nustatant žvaigždžių gyvenimo trukmę. NASA/ESA/STScI

Astronomai gali naudoti kelis netiesioginius metodus žvaigždžių masei nustatyti. Vienas metodas, vadinamas gravitacinis lęšis , matuoja šviesos kelią, kurį išlenkia šalia esančio objekto gravitacinė trauka. Nors lenkimo lygis yra nedidelis, kruopštūs matavimai gali atskleisti traukiančio objekto gravitacinės traukos masę.

Tipiški žvaigždės masės matavimai

Iki XXI amžiaus astronomams prireikė gravitacinio lęšio pritaikymo žvaigždžių masėms matuoti. Prieš tai jie turėjo pasikliauti žvaigždžių, skriejančių aplink bendrą masės centrą, – vadinamųjų dvejetainių žvaigždžių – matavimais. Masė iš dvinarės žvaigždės (dvi žvaigždės, skriejančios aplink bendrą svorio centrą) astronomams gana lengva išmatuoti. Tiesą sakant, kelios žvaigždžių sistemos yra vadovėlio pavyzdys, kaip išsiaiškinti jų masę. Tai šiek tiek techninė, bet verta išstudijuoti, kad suprastumėte, ką turi daryti astronomai.

Hablo kosminio teleskopo Sirijaus A ir B, dvejetainės sistemos, esančios 8,6 šviesmečio atstumu nuo Žemės, vaizdas. NASA/ESA/STScI

Pirma, jie matuoja visų sistemos žvaigždžių orbitas. Jie taip pat stebi žvaigždžių orbitos greitį ir nustato, kiek laiko užtrunka tam tikrai žvaigždei pereiti vieną orbitą. Tai vadinama jo „orbitiniu periodu“.

Skaičiuojant masę

Kai visa ši informacija bus žinoma, astronomai atlieka keletą skaičiavimų, kad nustatytų žvaigždžių masę. Jie gali naudoti V lygtį_Orbita= SQRT(GM/R) kur SQRT yra „kvadratinė šaknis“, G yra gravitacija, M yra masė, ir R yra objekto spindulys. Algebros reikalas išnaikinti masę pertvarkant lygtį, kad išspręstų M .

Taigi, niekada neliesdami žvaigždės, astronomai naudoja matematiką ir žinomus fizikinius dėsnius, kad nustatytų jos masę. Tačiau jie negali to padaryti kiekvienai žvaigždei. Kiti matavimai padeda jiems išsiaiškinti žvaigždžių masę ne dvejetainėse arba kelių žvaigždžių sistemose. Pavyzdžiui, jie gali naudoti šviesumą ir temperatūrą. Skirtingo šviesumo ir temperatūros žvaigždės turi labai skirtingą masę. Ši informacija, pavaizduota grafike, rodo, kad žvaigždės gali būti išdėstytos pagal temperatūrą ir šviesumą.

Tikrai didžiulės žvaigždės yra vienos karščiausių visatoje. Mažesnės masės žvaigždės, tokios kaip Saulė, yra vėsesnės nei jų gigantiškos seserys. Žvaigždžių temperatūros, spalvų ir ryškumo grafikas vadinamas Hertzsprung-Russell diagrama , ir pagal apibrėžimą ji taip pat rodo žvaigždės masę, priklausomai nuo to, kurioje diagramoje ji yra. Jei jis yra išilgai ilgos, vingiuotos kreivės, vadinamos Pagrindinė seka , tada astronomai žino, kad jo masė nebus nei milžiniška, nei maža. Didžiausios masės ir mažiausios masės žvaigždės nepatenka į pagrindinę seką.

Ši Hertzprung-Russell diagramos versija vaizduoja žvaigždžių temperatūrą ir jų šviesumą. Žvaigždės padėtis diagramoje suteikia informacijos apie tai, kurioje stadijoje ji yra, taip pat apie jos masę ir ryškumą. Europos pietinė observatorija

Žvaigždžių evoliucija

Astronomai puikiai žino, kaip gimsta, gyvena ir miršta žvaigždės. Ši gyvybės ir mirties seka vadinama „žvaigždžių evoliucija“. Didžiausia žvaigždės raidos prognozė yra masė, su kuria ji gimsta, jos „pradinė masė“. Mažos masės žvaigždės paprastai yra vėsesnės ir silpnesnės nei didesnės masės žvaigždės. Taigi, tiesiog pažvelgę ​​į žvaigždės spalvą, temperatūrą ir vietą, kur ji „gyvena“ Hertzsprung-Russell diagramoje, astronomai gali susidaryti gerą supratimą apie žvaigždės masę. Palyginus panašias žinomos masės žvaigždes (pvz., pirmiau minėtas dvinarės) astronomai gali gerai suprasti, kokia masė yra tam tikra žvaigždė, net jei ji nėra dvinarė.

Žinoma, žvaigždės visą gyvenimą neišlaiko tos pačios masės. Su amžiumi jie ją praranda. Jie palaipsniui sunaudoja savo branduolinį kurą ir galiausiai patiria didžiulius masinio praradimo epizodus savo gyvenimo pabaigos . Jei tai žvaigždės kaip Saulė, jos švelniai ją nupučia ir sudaro planetinius ūkus (dažniausiai). Jei jie yra daug masyvesni už Saulę, jie miršta per supernovos įvykius, kai branduoliai subyra, o tada išsiplečia į išorę per katastrofišką sprogimą. Dėl to didžioji dalis jų medžiagos iškeliauja į erdvę.

Sudėtinis Krabo ūko, supernovos liekanos, pranašaujančios labai masyvios žvaigždės mirtį, vaizdas. NASA/ESA/ASU/J. Hester ir A. Loll

Stebėdami žvaigždžių tipus, kurie miršta kaip Saulė arba miršta supernovose, astronomai gali nuspręsti, ką darys kitos žvaigždės. Jie žino savo mases, žino, kaip vystosi ir miršta kitos panašios masės žvaigždės, todėl gali daryti gana geras prognozes, remdamiesi spalvų, temperatūros ir kitais aspektais, padedančiais suprasti jų masę.

Stebėti žvaigždes reikia kur kas daugiau nei rinkti duomenis. Informacija, kurią astronomai gauna, yra sudėta į labai tikslius modelius, kurie padeda jiems tiksliai numatyti, ką žvaigždės Paukščių Take ir visoje visatoje darys gimdamos, senstant ir mirdamos, visa tai pagal jų masę. Galų gale, ši informacija taip pat padeda žmonėms daugiau suprasti žvaigždes, ypač mūsų Saulę.

Greiti faktai

• Žvaigždės masė yra svarbus daugelio kitų savybių, įskaitant tai, kiek ji gyvuos, prognozė.
• Astronomai naudoja netiesioginius žvaigždžių masės nustatymo metodus, nes jie negali jų tiesiogiai liesti.
• Paprastai kalbant, masyvesnės žvaigždės gyvena trumpiau nei mažiau masyvios. Taip yra todėl, kad jie daug greičiau sunaudoja savo branduolinį kurą.
• Tokios žvaigždės kaip mūsų Saulė yra vidutinės masės ir baigsis daug kitaip nei masyvios žvaigždės, kurios sprogs po kelių dešimčių milijonų metų.