Kā izdomāt zvaigznes masu

Hipergiganta zvaigzne VY Canis Majoris no Raterfordas observatorijas. Tā ir viena no lielākajām un masīvākajām zvaigznēm, ko mērījuši astronomi. Arthunter, izmantojot Wikipedia Commons. CC BY-SA 3.0

Gandrīz visam Visumā ir masa , no atomiem un subatomiskām daļiņām (piemēram, tām, kuras pētījaLielais hadronu paātrinātājs) uz milzu galaktiku kopas . Vienīgās lietas, par kurām zinātnieki līdz šim zina un kurām nav masas, ir fotoni un gluoni.

Masu ir svarīgi zināt, bet objekti debesīs ir pārāk tālu. Mēs nevaram tos pieskarties un noteikti nevaram nosvērt ar parastajiem līdzekļiem. Tātad, kā astronomi nosaka lietu masu kosmosā? Tas ir sarežģīti.

Zvaigznes un Mise

Pieņemsim, ka a tipiska zvaigzne ir diezgan masīva, parasti daudz vairāk nekā parasta planēta. Kāpēc rūpēties par tā masu? Šo informāciju ir svarīgi zināt, jo tas atklāj norādes par zvaigznes evolūcijas pagātni, tagadni un nākotni .

Astronomi, izmantojot Habla kosmisko teleskopu, identificēja deviņas briesmoņu zvaigznes, kuru masa vairāk nekā 100 reizes pārsniedz Saules masu. Tie atrodas zvaigžņu kopā R136 tuvējā Lielajā Magelāna mākonī. Masa ir svarīga īpašība, nosakot zvaigžņu dzīves ilgumu. NASA/ESA/STScI

Astronomi zvaigžņu masas noteikšanai var izmantot vairākas netiešas metodes. Viena metode, ko sauc gravitācijas lēca , mēra gaismas ceļu, ko saliek tuvumā esoša objekta gravitācijas spēks. Lai gan lieces apjoms ir neliels, rūpīgi mērījumi var atklāt vilkšanas objekta gravitācijas spēka masu.

Tipiski zvaigžņu masas mērījumi

Astronomiem bija vajadzīgs līdz 21. gadsimtam, lai zvaigžņu masu mērīšanai izmantotu gravitācijas lēcas. Pirms tam viņiem bija jāpaļaujas uz zvaigžņu mērījumiem, kas riņķo ap kopīgu masas centru, tā sauktajām binārajām zvaigznēm. Masa no binārās zvaigznes (divas zvaigznes riņķo ap kopīgu smaguma centru) astronomiem ir diezgan viegli izmērīt. Faktiski vairākas zvaigžņu sistēmas sniedz mācību grāmatas piemēru, kā noskaidrot to masu. Tas ir nedaudz tehniski, taču ir vērts izpētīt, lai saprastu, kas astronomiem ir jādara.

Habla kosmiskā teleskopa attēls ar Sīriusu A un B — bināro sistēmu, kas atrodas 8,6 gaismas gadu attālumā no Zemes. NASA/ESA/STScI

Pirmkārt, viņi mēra visu sistēmas zvaigžņu orbītas. Viņi arī pulksteņa zvaigžņu orbītas ātrumu un pēc tam nosaka, cik ilgs laiks nepieciešams konkrētai zvaigznei, lai izietu vienu orbītu. To sauc par orbitālo periodu.

Aprēķinot masu

Kad visa šī informācija ir zināma, astronomi veic dažus aprēķinus, lai noteiktu zvaigžņu masu. Viņi var izmantot vienādojumu V_orbītā= SQRT(GM/R) kur SQRT ir 'kvadrātsakne' a, G ir gravitācija, M ir masa, un R ir objekta rādiuss. Tas ir algebras jautājums, lai izjauktu masu, pārkārtojot vienādojumu, lai atrisinātu M .

Tātad, nekad nepieskaroties zvaigznei, astronomi izmanto matemātiku un zināmos fiziskos likumus, lai noskaidrotu tās masu. Tomēr viņi to nevar izdarīt katrai zvaigznei. Citi mērījumi palīdz viņiem noskaidrot zvaigžņu masu nē binārajās vai vairāku zvaigžņu sistēmās. Piemēram, viņi var izmantot spilgtumu un temperatūru. Dažāda spilgtuma un temperatūras zvaigznēm ir ļoti atšķirīga masa. Šī informācija, kas attēlota diagrammā, parāda, ka zvaigznes var sakārtot pēc temperatūras un spilgtuma.

Patiešām masīvās zvaigznes ir vienas no karstākajām zvaigznēm Visumā. Mazākas masas zvaigznes, piemēram, Saule, ir vēsākas par to gigantiskajiem brāļiem un māsām. Zvaigžņu temperatūru, krāsu un spilgtuma diagrammu sauc par Hercprunga-Rasela diagramma , un pēc definīcijas tas parāda arī zvaigznes masu atkarībā no tā, kur diagrammā tā atrodas. Ja tas atrodas gar garu, līkumotu līkni, ko sauc par Galvenā secība , tad astronomi zina, ka tā masa nebūs ne gigantiska, ne maza. Lielākās masas un mazākās masas zvaigznes atrodas ārpus galvenās secības.

Šī Hercprung-Russell diagrammas versija attēlo zvaigžņu temperatūru attiecībā pret to spožumu. Zvaigznes pozīcija diagrammā sniedz informāciju par to, kurā stadijā tā atrodas, kā arī par tās masu un spilgtumu. Eiropas Dienvidu observatorija

Zvaigžņu evolūcija

Astronomi labi pārzina, kā zvaigznes dzimst, dzīvo un mirst. Šo dzīvības un nāves secību sauc par 'zvaigžņu evolūciju'. Lielākais zvaigznes attīstības pareģotājs ir masa, ar kādu tā piedzimst, tās “sākotnējā masa”. Zemas masas zvaigznes parasti ir vēsākas un blāvākas nekā to zvaigznes ar lielāku masu. Tātad, vienkārši aplūkojot zvaigznes krāsu, temperatūru un vietu, kur tā 'dzīvo' Hertzprung-Russell diagrammā, astronomi var iegūt labu priekšstatu par zvaigznes masu. Līdzīgu zināmas masas zvaigžņu (piemēram, iepriekš minēto bināro) salīdzinājumi sniedz astronomiem labu priekšstatu par konkrētās zvaigznes masīvu, pat ja tā nav bināra zvaigzne.

Protams, zvaigznes visu mūžu nesaglabā vienu un to pašu masu. Viņi to zaudē, novecojot. Viņi pakāpeniski patērē savu kodoldegvielu un galu galā piedzīvo milzīgas masu zuduma epizodes viņu dzīves beigas . Ja tās ir zvaigznes, piemēram, Saule, tās viegli to nopūš un veido planētu miglājus (parasti). Ja tie ir daudz masīvāki par Sauli, tie iet bojā supernovas notikumos, kur serdeņi sabrūk un pēc tam izplešas uz āru katastrofālā sprādzienā. Tas izplata lielu daļu to materiālu kosmosā.

Krabja miglāja salikts attēls — supernovas paliekas, kas vēstīja par ļoti masīvas zvaigznes nāvi. NASA/ESA/ASU/J. Hestere un A. Lolls

Novērojot zvaigžņu veidus, kas mirst līdzīgi Saulei vai mirst supernovās, astronomi var secināt, ko darīs citas zvaigznes. Viņi zina savu masu, viņi zina, kā attīstās un mirst citas zvaigznes ar līdzīgu masu, un tāpēc viņi var veikt diezgan labas prognozes, pamatojoties uz krāsu, temperatūras un citu aspektu novērojumiem, kas palīdz izprast to masu.

Zvaigžņu novērošana ir daudz vairāk nekā datu vākšana. Astronomu iegūtā informācija ir salocīta ļoti precīzos modeļos, kas palīdz viņiem precīzi paredzēt, ko zvaigznes Piena ceļā un visā Visumā darīs, kad tās piedzims, noveco un mirst, pamatojoties uz to masu. Galu galā šī informācija arī palīdz cilvēkiem saprast vairāk par zvaigznēm, īpaši mūsu Sauli.

Ātri fakti

• Zvaigznes masa ir svarīgs daudzu citu īpašību prognozētājs, tostarp, cik ilgi tā dzīvos.
• Astronomi izmanto netiešas metodes, lai noteiktu zvaigžņu masu, jo viņi nevar tām tieši pieskarties.
• Parasti masīvākas zvaigznes dzīvo īsāku mūžu nekā mazāk masīvās zvaigznes. Tas ir tāpēc, ka viņi patērē savu kodoldegvielu daudz ātrāk.
• Tādas zvaigznes kā mūsu Saule ir vidējas masas un beigsies daudz savādāk nekā masīvās zvaigznes, kas uzspridzinās pēc dažiem desmitiem miljonu gadu.