Nový

Ako zistiť hmotnosť hviezdy

Ako zistiť hmotnosť hviezdy

Takmer všetko vo vesmíre má hmotu, od atómov a pod atómových častíc (ako napríklad tie, ktoré študoval Veľký Hadron Collider) až po obrovské zhluky galaxií. Jediné, čo vedci doteraz vedia, že nemajú hmotnosť, sú fotóny a gluóny.

Je dôležité poznať omšu, ale objekty na oblohe sú príliš vzdialené. Nemôžeme sa ich dotknúť a určite ich nemôžeme vážiť konvenčnými prostriedkami. Ako teda určujú astronómovia množstvo vecí vo vesmíre? Je to komplikované.

Hviezdy a omše

Predpokladajme, že typická hviezda je dosť masívna, zvyčajne oveľa viac ako typická planéta. Prečo sa staráte o svoju masu? Tieto informácie je dôležité vedieť, pretože odhaľujú stopy o evolučnej minulosti, súčasnosti a budúcnosti hviezdy.

Astronómovia používajúci Hubbleov vesmírny teleskop identifikovali deväť hviezd monštrum s hmotnosťou viac ako stonásobnou hmotnosťou Slnka. Ležia v hviezdokope R136 v neďalekom Veľkom Magellanovom mračne. Hmota je dôležitou charakteristikou pri zisťovaní dĺžky života hviezd. NASA / ESA / STScI

Astronómovia môžu na určenie hviezdnej hmotnosti použiť niekoľko nepriamych metód. Jedna metóda, nazývaná gravitačné šošovky, meria dráhu svetla, ktorá je ohnutá gravitačným ťahom blízkeho objektu. Aj keď je ohyb malý, opatrné merania môžu odhaliť hmotnosť gravitačného ťahu objektu, ktorý ťahá.

Typické merania hmotnosti hviezd

Až do 21. storočia astronómovia museli aplikovať gravitačné šošovky na meranie hviezdnych hmôt. Predtým sa museli spoliehať na merania hviezd obiehajúcich okolo spoločného centra hmoty, takzvaných binárnych hviezd. Hmotnosť binárnych hviezd (dve hviezdy obiehajúce okolo spoločného ťažiska) je pre astronómov veľmi ľahko zmerateľná. V skutočnosti sú hviezdne systémy príkladom toho, ako zistiť ich masy. Je to trochu technické, ale stojí za to porozumieť tomu, čo musia astronómovia robiť.

Obrázok Hubbleovho vesmírneho teleskopu Sirius A a B, binárny systém vzdialený 8,6 svetelných rokov od Zeme. NASA / ESA / STScI

Najprv zmerajú obežné dráhy všetkých hviezd v systéme. Taktiež sledujú orbitálnu rýchlosť hviezd a potom určujú, ako dlho trvá, kým daná hviezda prejde jednou obežnou dráhou. Nazýva sa to „orbitálne obdobie“.

Výpočet hmotnosti

Akonáhle sú všetky tieto informácie známe, astronómovia potom urobia niekoľko výpočtov na určenie hmotnosti hviezd. Môžu použiť rovnicu Vorbit = SQRT (GM / R) kde SQRT je "druhá odmocnina" a, G je gravitácia, M je hmotnosť a R je polomer objektu. Je to záležitosť algebry, ktorá škádlí masu zmenou usporiadania rovnice, ktorú treba vyriešiť M

A tak sa astronómovia bez toho, aby sa kedy dotkli hviezdy, používajú na zistenie svojej hmotnosti matematiku a známe fyzikálne zákony. To však nemôžu urobiť pre každú hviezdu. Ďalšie merania im pomôžu zistiť hmotnosť hviezdnie v binárnych alebo viacnásobných systémoch. Môžu napríklad používať jas a teploty. Hviezdy rôznych svietivostí a teplôt majú výrazne odlišné hmotnosti. Táto informácia, keď je vynesená do grafu, ukazuje, že hviezdy môžu byť usporiadané podľa teploty a jasu.

Naozaj obrovské hviezdy patria medzi najhorúcejších vo vesmíre. Hviezdy s menšou hmotnosťou, ako je napríklad Slnko, sú chladnejšie ako ich obrovskí súrodenci. Graf hviezdnych teplôt, farieb a jasov sa nazýva Hertzsprungov-Russellov diagram a podľa definície tiež ukazuje hmotu hviezdy v závislosti od toho, kde leží na mape. Ak leží pozdĺž dlhej, kľukatej krivky zvanej Hlavná sekvencia, potom astronómovia vedia, že jej hmotnosť nebude obrovská ani nebude malá. Najväčšie hviezdy s hmotnosťou a najmenšou hmotnosťou spadajú mimo hlavnú sekvenciu.

Táto verzia diagramu Hertzprung-Russell vykresľuje teploty hviezd oproti ich svietivosti. Poloha hviezdy v diagrame poskytuje informácie o tom, v akom štádiu je, ako aj o jej hmotnosti a jase. Európske južné observatórium

Hviezdna evolúcia

Astronómovia majú dobrú predstavu o tom, ako sa hviezdy rodia, žijú a umierajú. Táto sekvencia života a smrti sa nazýva „hviezdna evolúcia“. Najväčší prediktor toho, ako sa bude hviezda vyvíjať, je hmotnosť, s ktorou sa narodila, jej „počiatočná hmotnosť“. Hviezdy s nízkou hmotnosťou sú zvyčajne chladnejšie a slabšie ako ich náprotivky s vyššou hmotnosťou. Astronómovia tak môžu jednoducho získať pohľad na farbu, teplotu a miesto, kde „žije“ v Hertzsprung-Russellovom diagrame, a získať tak dobrú predstavu o hmotnosti hviezdy. Porovnanie podobných hviezd známej hmoty (ako sú vyššie uvedené binárne súbory) dáva astronómom dobrú predstavu o tom, ako masívna je daná hviezda, aj keď nejde o binárny jav.

Hviezdy samozrejme po celý život nezachovávajú rovnakú hmotnosť. Vek strácajú. Postupne spotrebúvajú svoje jadrové palivo a nakoniec na konci svojho života zažijú obrovské epizódy hromadných strát. Ak sú hviezdami podobnými Slnku, jemne to vyhodia a vytvoria planetárne hmloviny (zvyčajne). Ak sú omnoho masívnejšie ako Slnko, umierajú pri supernovových udalostiach, kde sa zrúti jadro a potom sa pri katastrofickej explózii roztiahnu smerom von. To odstreľuje veľkú časť ich materiálu do vesmíru.

Zložený obraz Krabej hmloviny, zvyšku supernovy, ktorý ohlasuje smrť veľmi veľkej hviezdy. NASA / ESA / ASU / J. Hester a A. Loll

Pozorovaním typov hviezd, ktoré umierajú ako Slnko alebo umierajú nad supernovy, môžu astronómovia odvodiť, čo iné hviezdy urobia. Poznajú svoje masy, vedia, ako sa vyvíjajú a odumierajú iné hviezdy s podobnou hmotou, a tak môžu urobiť celkom dobré predpovede na základe pozorovania farby, teploty a ďalších aspektov, ktoré im pomôžu porozumieť ich masám.

Pozorovanie hviezd je oveľa viac ako zhromažďovanie údajov. Informácie, ktoré dostanú astronómovia, sú zložené do veľmi presných modelov, ktoré im pomôžu presne predpovedať, aké hviezdy v Mliečnej dráhe a v celom vesmíre budú robiť, keď sa narodia, starnú a zomrú, a to všetko na základe ich hmotností. Nakoniec táto informácia tiež pomôže ľuďom pochopiť viac o hviezdach, najmä o našom Slnku.

Rýchle fakty

  • Hmotnosť hviezdy je dôležitým prediktorom mnohých ďalších charakteristík, vrátane toho, ako dlho bude žiť.
  • Astronómovia používajú na určenie hmotnosti hviezd nepriame metódy, pretože sa ich nemôžu priamo dotýkať.
  • Typicky povedané, hmotnejšie hviezdy žijú kratšie životy ako menej masívne hviezdy. Je to preto, že svoje jadrové palivo spotrebúvajú oveľa rýchlejšie.
  • Hviezdy, ako je naše Slnko, sú stredne veľkolepé a skončia oveľa inak ako masívne hviezdy, ktoré sa po niekoľkých desiatkach miliónov rokov vyhodia do vzduchu.