Kako določiti maso zvezde

Blizu vse v vesolju ima maso, iz atomov in subatomskih delcev (kot so tisti, ki jih je preučil Veliki hadronski trkalnik) do orjaški grozdi galaksij. Edine stvari, o katerih znanstveniki do zdaj vedo, da nimajo mase, so fotoni in gluoni.

Masa je pomembno vedeti, a predmeti na nebu so preveč oddaljeni. Ne moremo se jih dotakniti in zagotovo jih ne moremo tehtati s konvencionalnimi sredstvi. Kako astronomi določajo maso stvari v kozmosu? Zapleteno je.

Predpostavimo, da a tipična zvezda je precej množičen, na splošno veliko bolj kot tipičen planet. Zakaj bi skrbeli za njegovo maso? Te informacije je pomembno vedeti, ker razkriva namige o evolucijski preteklosti, sedanjosti in prihodnosti zvezde.

Astronomi lahko za določitev zvezdne mase uporabljajo več posrednih metod. Ena metoda, imenovana gravitacijsko lečo, meri pot svetlobe, ki jo upogne gravitacijski poteg bližnjega predmeta. Čeprav je količina upogibanja majhna, lahko natančne meritve razkrijejo maso gravitacijskega vlečenja predmeta, ki dela vleko.

Do 21. stoletja so astronomi potrebovali gravitacijsko leče za merjenje zvezdnih mas. Pred tem so se morali zanesti na meritve zvezd, ki krožijo po skupnem središču mase, tako imenovane binarne zvezde. Masa binarne zvezde (dve zvezdi, ki krožita v skupnem težišču), je astronomi zelo enostavno izmeriti. Pravzaprav več zvezdanih sistemov ponuja učbeniški primer, kako ugotoviti svojo maso. Nekoliko tehnično, a vredno študirati, da bi razumeli, kaj morajo storiti astronomi.

Najprej izmerijo orbite vseh zvezd v sistemu. Urijo tudi orbitalne hitrosti zvezd in nato določijo, kako dolgo mora določena zvezda iti skozi eno orbito. Temu se reče "orbitalno obdobje".

Ko so vse te informacije znane, astronomi nato opravijo nekaj izračunov za določitev mase zvezd. Uporabijo lahko enačbo V_orbita = SQRT (GM / R) kjer SQRT je "kvadratni koren" a, G je gravitacija, M je masa, in R je polmer predmeta. Zadeva algebre je, da iztrga maso s preurejanjem enačbe, ki jo je treba rešiti M.

Torej, ne da bi se kdaj dotaknili zvezde, astronomi uporabljajo matematiko in znane fizikalne zakone, da ugotovijo njeno maso. Vendar tega ne morejo storiti za vsako zvezdo. Druge meritve jim pomagajo ugotoviti mase zvezdne v binarnih sistemih ali sistemih z več zvezdicami. Na primer, lahko uporabljajo svetilnost in temperature. Zvezde različnih svetilnosti in temperatur imajo zelo različne mase. Te informacije, ko so prikazane na grafu, kažejo, da se zvezde lahko razporedijo po temperaturi in svetilnosti.

Resnično ogromne zvezde so med najbolj vročimi v vesolju. Zvezde manjše mase, kot je Sonce, so hladnejše od svojih velikanskih bratov in sester. Graf temperatur, barv in svetlosti zvezd se imenuje Hertzsprung-Russell Diagram, po definiciji pa prikazuje tudi maso zvezde, odvisno od tega, kje leži na grafikonu. Če leži vzdolž dolge, sinute krivulje, imenovane the Glavna zaporedje, potem astronomi vedo, da njegova masa ne bo velikanska niti majhna. Največje mase in zvezde najmanjše mase padejo izven glavnega zaporedja.

Astronomi se dobro opirajo, kako se zvezde rojevajo, živijo in umirajo. To zaporedje življenja in smrti imenujemo "zvezdna evolucija". Največji napovedovalec, kako se bo zvezda razvijala, je masa, s katero se rodi, njena "začetna masa". Zvezde z nizko maso so na splošno hladnejše in temnejše od svoje večje mase kolegi. Torej, astronomi lahko preprosto z ogledom barve, temperature in temperature "zvezde" v Hertzsprung-Russell dobri predstavi o masi zvezde. Primerjave podobnih zvezd znane mase (na primer zgoraj omenjenih dvopredstavnikov) dajejo astronomom dobro predstavo o tem, kako masivna je zvezda, čeprav ni binarna.

Seveda zvezde vse življenje ne ohranjajo enake mase. Izgubijo jo s starostjo. Postopoma porabijo svoje jedrsko gorivo in na koncu doživijo ogromne primere množične izgube konca njihovega življenja. Če so zvezde kot Sonce, jih nežno odpihnejo in navadno tvorijo planetarne meglice. Če so veliko bolj množični od Sonca, umrejo v dogodkih supernove, kjer se jedra zrušijo in nato razširijo navzven v katastrofalni eksploziji. To velik del njihovega materiala raznese v vesolje.

Z opazovanjem vrst zvezd, ki umirajo kot Sonce ali umrejo v supernovah, lahko astronomi sklepajo, kaj bodo naredile druge zvezde. Poznajo svojo maso, vedo, kako se druge zvezde s podobnimi masami razvijajo in umirajo, zato lahko naredijo nekaj lepega dobre napovedi, ki temeljijo na opazovanju barve, temperature in drugih vidikih, ki jim pomagajo razumeti svoje množice.

Opazovanje zvezd je veliko več kot zbiranje podatkov. Informacije, ki jih astronomi dobijo, so zloženi v zelo natančne modele, ki jim pomagajo predvideti, kaj točno zvezde na Mlečni poti in po vsem vesolju bodo storile tako, kot se bodo rodile, postarale in umirale, vse na podlagi svojega množice. Na koncu te informacije tudi pomagajo ljudem bolj razumeti zvezde, zlasti naše Sonce.

• Masa zvezde je pomemben napovedovalec mnogih drugih lastnosti, vključno s tem, kako dolgo bo živela.
• Astronomi uporabljajo posredne metode za določanje mase zvezd, saj se jih neposredno ne morejo dotakniti.
• Običajno gledano bolj masivne zvezde živijo krajše življenjske dobe kot manj masivne. To je zato, ker svoje jedrsko gorivo porabijo veliko hitreje.
• Zvezde, kot je naše Sonce, so vmesne mase in se bodo končale na precej drugačen način kot masivne zvezde, ki se bodo raznesle po nekaj deset milijonih let.