Jak wykres H-R wyjaśnia cykl życia gwiazdy?

Słońce stanowi przydatny punkt odniesienia do opisywania innych gwiazd. Masa Słońca tego Układu Słonecznego daje nam jednostkę do pomiaru mas innych gwiazd. Podobnie jasność i temperatura powierzchni Słońca określają środek diagramu Hertzsprunga-Russella (wykres H-R). Wykreślenie gwiazdy na tej mapie niezawodnie przewiduje inne cechy gwiazdy, takie jak masa i wiek.

Oś X diagramu H-R wskazuje temperaturę powierzchni gwiazdy w stopniach Kelvina. Temperatura wzrasta od prawej do lewej - wstecz od większości wykresów, do których jesteś przyzwyczajony. Wykres H-R wykorzystuje skalę proporcji; każdy równomiernie rozmieszczony znak reprezentuje temperaturę dwukrotnie wyższą od temperatury sąsiedniego po prawej stronie.

Oś X może być również oznaczona zgodnie z klasą widmową, która zmienia się w przewidywalny sposób wraz z temperaturą powierzchni. Najgorętsze gwiazdy wydają się białe lub nawet niebieskie, podczas gdy najchłodniejsze wydają się czerwone. Pomiędzy skrajnościami znajdziesz słońce tego układu słonecznego. Kolory gwiazd są klasyfikowane według liter, od najbardziej niebieskiego/najgorętszego do najbardziej czerwonego/najfajniejszego: OBAFGKM.

Oś Y wskazuje jasność lub jasność. Zwiększa się od dołu do góry zgodnie ze skalą proporcji. Najpopularniejszą jednostką miary jest jasność równa słońcu, tak że środkowa etykieta wynosi 1 (jeden), a etykiety przebiegają w obu kierunkach przez wykładniki 10.

Oś Y może być również oznaczona jako „wielkość bezwzględna”. Termin ten odnosi się do światła widzialnego, które wydaje się emitować gwiazda, gdyby znajdowała się 10 parseków od Ziemi.

Główną fazą sekwencji cyklu życia gwiazdy jest czas, w którym w jej jądrze zachodzi fuzja wodoru. Ale jeśli chodzi o diagram H-R, „ciąg główny” odnosi się również do mniej więcej ukośnej, lekko zakrzywionej linii, rozciągającej się między lewym górnym a prawym dolnym rogiem, na którym gwiazdy ciągu głównego znajdują się na wykresie. Utrzymują przewidywalny związek między jasnością a temperaturą: im jaśniej, tym cieplej. Obie te cechy zwiększają się wraz z masą gwiazdy; gwiazda wskazana bliżej lewego górnego rogu będzie „cięższa” niż nasze Słońce, podczas gdy gwiazdy w prawym dolnym ciągu głównym będą „lżejsze”.

Gdyby astronomowie nakreślili nowo odkrytą gwiazdę w prawym górnym rogu diagramu H-R, zarówno jasną, jak i chłodną, ​​od razu wiedzieliby, jaką fazę cyklu życia przeżywa gwiazda. Jądro czerwonego olbrzyma, wystarczająco gorące, by stopić hel, a nawet cięższe pierwiastki, wypchnęło warstwy powłoki tak daleko, że mogą schłodzić się do czerwonego widma. Swoją wielką jasność zawdzięczają nie swojej temperaturze, ale rozmiarowi: większe gwiazdy emitują więcej energii świetlnej.

Możesz być tak samo pewien fazy cyklu życia gwiazdy, która jest zarówno bardzo gorąca, jak i bardzo ciemna. Lewa dolna ćwiartka diagramu H-R należy prawie wyłącznie do białych karłów.

Po tym, jak czerwony olbrzym o masie podobnej do naszego Słońca spali cały swój hel, grawitacja ma wolną rękę, by ścisnąć jego jądro tak daleko, jak pozwalają na to elektrony węgla. Ta wielka gęstość wytwarza ogromne ciepło rdzenia. A ponieważ rdzeń jest wszystkim, co pozostało w tym momencie, temperatura jądra jest temperaturą powierzchni. Tak więc białe karły kreślą po lewej stronie na diagramie H-R. Pomimo ciepła, ich mały rozmiar oznacza mniejszą całkowitą energię wypromieniowaną – mniejszą jasność i niższą pozycję na schemacie.

W miarę starzenia się biały karzeł ochładza się, wypromieniowując całe swoje ciepło i nie wytwarzając więcej. Jego pozycja na schemacie H-R przesunie się w dół w prawo, aż zniknie z widoku.