Диаграма на Херцшпрунг–Ръсел (H–R диаграма): светимост и температура на звездите
Научете всичко за Диаграмата на Херцшпрунг–Ръсел (H–R диаграма): как светимостта и температурата на звездите разкриват тяхната еволюция и класификация.
Диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел е графика на много звезди. Тя показва връзката между светимостта на звездите (т.е. колко са ярки) и тяхната температура (колко са горещи). Тези диаграми не са снимки или карти на местоположението на звездите. По-скоро диаграмите на Херцшпрунг-Ръсел нанасят всяка звезда върху графика, измерваща яркостта на звездата спрямо нейната температура. Диаграмите на Херцшпрунг-Ръсел се наричат още H-R диаграми или HRD.
Вдясно можете да видите пример за диаграма на Херцшпрунг-Ръсел. Тази диаграма се основава на измервания на 23 000 звезди в нашата галактика Млечен път. Диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел е кръстена на създателите си - астрономите Ейнар Херцшпрунг и Хенри Норис Ръсел.
Как се четат осите на H–R диаграмата
- Хоризонталната ос обикновено показва температурата на повърхността на звездата (в келвини) или спектралния й тип. Важно: температурата намалява отляво надясно — най-горещите звезди са вляво, най-студените — вдясно. Често вместо абсолютна температура на хоризонталната ос е използван цветен индекс (например B−V), който е наблюдаема мярка за „цвят“ и температура.
- Вертикалната ос показва светимостта (или абсолютната величина) на звездите. Светимостта често е в относителни единици спрямо Слънцето (L☉) или в абсолютна звездна величина; скалата обикновено е логаритмична, т.е. малки промени по вертикалата означават големи разлики в истинската енергийна излъчваемост.
Основни области на диаграмата
- Главна последователност (Main sequence) — диагонална „линия“ от горе вляво (горещи, много светещи) до долу вдясно (студени, слаби). Повечето звезди, включително Слънцето, са по време на основния си стадий тук и горят водород в ядрото.
- Червени гиганти и свръхгиганти — горе вдясно: звезди с голяма светимост, но относително ниска повърхностна температура. Те представляват напреднали еволюционни етапи на звездите с маса от слънчевата нагоре.
- Бели джуджета — долу вляво: много горещи, но слабо светещи (малка площ), поради което са с ниска обща светимост.
Спектрални класове и температура
Често на хоризонталната ос се отбелязват и спектралните класове O, B, A, F, G, K, M (от най-горещите към най-студените). Приблизителни температурни граници:
- O: > 30 000 K
- B: 10 000–30 000 K
- A: 7 500–10 000 K
- F: 6 000–7 500 K
- G: 5 200–6 000 K (Слънцето е около G2, ~5778 K)
- K: 3 700–5 200 K
- M: < 3 700 K
Защо H–R диаграмата е важна
Диаграмата е един от най-силните инструменти в звездната астрофизика, защото:
- показва как свойствата на звездите (масивност, температура, светимост) са свързани;
- позволява проследяване на звездната еволюция — звезда „преминава“ по характерни пътища в диаграмата с напредването на възрастта си;
- чрез наблюдаване на H–R диаграмата на звезден куп може да се определи възрастта на купа по т.нар. „turn-off point“ (точка на изход от главната последователност);
- помага да се изведат фундаментални зависимости като маса–светимост (колко силно светят звездите спрямо масата им) и да се класифицират звездни спектри;
- позволява откриване на нестандартни обекти — променливи звезди, двойни системи, звезди с необичайни химични състави и др.
Наблюдения и преобразувания
От наблюдаваната яркост (апаратна величина) до светимостта в H–R диаграмата често се налага преобразуване, защото наблюдаваната яркост зависи от разстоянието. За да се получи абсолютна величина (истинска светимост) е нужна информация за разстоянието — например чрез паралакса (метод, използван от мисии като Hipparcos и Gaia). Поради това някои диаграми са „цветово-магнитудни“ (color–magnitude diagrams), използващи цветен индекс вместо директна температура, когато точната температура не е налична.
Примери и известни факти
- Слънцето заема място на главната последователност като звезда тип G (G2V), с температура ~5778 K и светимост 1 L☉ (абсолютна величина около +4.83).
- Диаграмата в примера (вдясно) се базира на 23 000 звезди в Млечния път — такива големи каталози са възможни след мисии за прецизни измервания на паралакса и спектроскопия.
- H–R диаграмата се нарича на двамата учени, които първи систематично сравняват спектралните и фотометричните данни на звездите — Ейнар Херцшпрунг и Хенри Норис Ръсел.
Кратко обобщение
Диаграмата на Херцшпрунг–Ръсел е фундаментален инструмент в астрономията, който представя връзката между светимостта и температурата на звездите. Тя не е карта на звездното небе, а диаграма на физичните свойства — чрез нея учените разбират как звездите се раждат, развиват и умират, и могат да определят маси, възрасти и други важни параметри на звездните популации.
Диаграма на Херцшпрунг-Ръсел от Richard Powell с разрешение.
Друга гледна точка, която може би е по-лесна за разбиране
Еволюционни следи на звездите върху H-R диаграмата: Слънце = 1
Чертаене на диаграма на Херцшпрунг-Ръсел
Вертикалната ос на диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел показва светимостта или яркостта на звездите, сякаш всички те са измерени от едно и също разстояние. Друг термин за това е абсолютна звездна величина. Колкото по-ярка е една звезда, толкова по-висока е нейната графика на тази диаграма.
Хоризонталната ос показва температурата на повърхността на звездите. Въпреки това температурите се понижават, а не се повишават, когато се движите надясно. Това означава, че в лявата част на диаграмата се намират звездите с най-високите температурни участъци (над 30 000 келвина), докато в дясната част са показани звездите с температура само 3000К.
Като цяло температурата на една звезда е свързана с нейния цвят. В горната част на таблицата, заедно с температурите, са посочени спектралните класове. Най-горещите звезди са синьо-бели (клас O), тези със средни температури са жълти (клас G), а най-хладните са червени (клас M). (Разбира се, когато казваме "най-хладни" за звездите, трябва да осъзнаем, че най-ниската температура за една звезда е почти 5000 градуса по Фаренхайт).
Всъщност, когато в началото на 1900 г. са разработени диаграмите на Херцшпрунг-Ръсел, астрономите не са знаели как да определят температурата на дадена звезда. Първите диаграми изобразяват абсолютната звездна величина (където добавянето на единица означава, че яркостта ще намалее около два и половина пъти) спрямо цвета, представен от спектралните класове от синьо-бяло до червено.
Области с много звезди
Както можете да видите, звездите са склонни да попадат само в определени области на диаграмата, когато се изобразяват по този начин. Всички звезди в дадена област на диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел имат сходни светимости и температури. Основната област, в която се появяват звездите, е диагоналната извита линия, която върви от горния ляв ъгъл (гореща и ярка) към долния десен ъгъл (по-хладна и по-малко ярка). Това се нарича Главна последователност. Над главната последователност се намира друга област, съдържаща червените гиганти. Долу е извитата линия, която представлява белите джуджета.
Тези колекции от звезди по яркост и температура са важни, когато говорим за звездната еволюция. Като цяло звездите се създават в главната последователност. (Разбира се, когато казваме "в главната последователност", всъщност имаме предвид "с яркост и температура, които ги карат да се нанесат в главната последователност на диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел"). След милиарди години те се превръщат в червени гиганти. След това, след още един или два милиарда години, те се свиват до бели джуджета.
Едва през 30-те и 40-те години на миналия век учените започват да разбират ролята на ядрения синтез за създаването и поддържането на звезди като нашето Слънце. В наши дни диаграмите на Херцшпрунг-Ръсел се използват, за да се представи на учениците еволюцията на звездите в картинки. Те вече не се използват много за разработване на нови научни теории.
На диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел нашето Слънце е изобразено много близо до средата на главната последователност в пресечната точка на светимост 1 и температура 5780К. Следователно Слънцето е от клас G или "жълта звезда").
Въпроси и отговори
В: Какво представлява диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел?
О: Диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел е графика на много звезди, която показва връзката между светимостта на звездите и тяхната температура.
В: Диаграмите на Херцшпрунг-Ръсел картини или карти на разположението на звездите ли са?
О: Не, диаграмите на Херцшпрунг-Ръсел не са снимки или карти на разположението на звездите. Те изобразяват всяка звезда на графика, измерваща яркостта на звездата в зависимост от нейната температура.
В: Как се наричат още диаграмите на Херцшпрунг-Ръсел?
О: Диаграмите на Херцшпрунг-Ръсел се наричат още H-R диаграми или HRD.
В: Колко звезди са използвани за създаването на диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел в текста?
О: Диаграмата в текста се основава на измервания на 23 000 звезди в нашата галактика Млечен път.
В: Кои са създателите на диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел?
О: Диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел е кръстена на създателите си - астрономите Ейнар Херцшпрунг и Хенри Норис Ръсел.
В: Какво измерва диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел за всяка звезда?
О: Диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел измерва яркостта или светимостта на звездата в зависимост от нейната температура за всяка от нанесените звезди.
В: Какво е значението на диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел?
О: Диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел е важна, защото позволява на астрономите да класифицират звездите въз основа на тяхната температура и светимост, а също така дава информация за възрастта и еволюционния стадий на звездата.
обискирам