Hvordan bestemme massen til en stjerne

click fraud protection

Nesten alt i universet har masse, fra atomer og subatomære partikler (som de som er studert av den store Hadron Collider) til gigantiske klynger av galakser. Det eneste forskerne vet om så langt som ikke har masse, er fotoner og gluoner.

Masse er viktig å vite, men objekter på himmelen er for fjerne. Vi kan ikke ta på dem, og vi kan absolutt ikke veie dem på konvensjonelle måter. Så, hvordan bestemmer astronomer massen av ting i kosmos? Det er komplisert.

Stjerner og messe

Anta at a typisk stjerne er ganske massiv, generelt mye mer enn en typisk planet. Hvorfor bry seg om massen? Den informasjonen er viktig å vite fordi den avslører ledetråder om en stjernes evolusjonære fortid, nåtid og fremtid.

Stjerner med høy masse i Stor Magellanic Cloud
Astronomer som brukte romteleskopet Hubble identifiserte ni monsterstjerner med masser mer enn 100 ganger solens masse. De ligger i stjerneklyngen R136 i den store Magellanic Cloud i nærheten. Masse er en viktig egenskap når man skal finne ut stjerners levetid.NASA / ESA / STScI

Astronomer kan bruke flere indirekte metoder for å bestemme stjernemasse. En metode, kalt

instagram viewer
gravitasjonslinsing, måler lysbanen som er bøyd av gravitasjonstrekket til en nærliggende gjenstand. Selv om mengden av bøyning er liten, kan nøye målinger avsløre massen av tyngdekraften til gjenstanden som gjør slepingen.

Typiske målinger av stjernemasse

Det tok astronomer til det 21. århundre å bruke gravitasjonslinser på måling av stjernemasser. Før det måtte de stole på målinger av stjerner som kretser rundt et felles massesenter, såkalte binære stjerner. Massen av binære stjerner (to stjerner som kretser rundt et felles tyngdepunkt) er ganske enkelt for astronomer å måle. Faktisk gir flere stjernersystemer et lærebokeksempel på hvordan man kan finne ut av massene deres. Det er litt teknisk, men verdt å studere for å forstå hva astronomer har å gjøre.

Sirius binære stjernesystem
Et Hubble-romteleskopbilde av Sirius A og B, et binært system 8,6 lysår unna Jorden.NASA / ESA / STScI

Først måler de banene til alle stjernene i systemet. De klokker også stjernenes banehastigheter og bestemmer deretter hvor lang tid det tar en gitt stjerne å gå gjennom en bane. Det kalles "omløpsperioden."

Beregner masse

Når all den informasjonen er kjent, gjør astronomer deretter noen beregninger for å bestemme massene til stjernene. De kan bruke ligningen Vbane = SQRT (GM / R) hvor SQRT er "kvadratrot" a, G er tyngdekraften, M er masse, og R er radien til objektet. Det er et spørsmål om algebra å erte ut massen ved å omorganisere ligningen du skal løse for M.

Så uten å berøre en stjerne noen gang bruker astronomer matematikk og kjente fysiske lover for å finne ut dens masse. De kan imidlertid ikke gjøre dette for hver stjerne. Andre målinger hjelper dem å finne ut massene for stjernerikke i binære eller multiple-star systemer. For eksempel kan de bruke lysstyrke og temperatur. Stjerner med forskjellige lysstyrker og temperaturer har enormt forskjellige masser. Denne informasjonen, når den er plottet på en graf, viser at stjerner kan ordnes etter temperatur og lysstyrke.

Virkelig massive stjerner er blant de hotteste i universet. Mindre-stjerner, som solen, er kulere enn deres gigantiske søsken. Grafen over stjernetemperaturer, farger og lysstyrker kalles Hertzsprung-Russell Diagram, og per definisjon viser den også en stjernemasse, avhengig av hvor den ligger på diagrammet. Hvis den ligger langs en lang, svak kurve som kalles Hovedsekvens, da vet astronomer at massen ikke vil være gigantisk og heller ikke være liten. De største stjernene og de minste massene stjernene faller utenfor hovedsekvensen.

hertzsprung-russell diagram
Denne versjonen av Hertzprung-Russell-diagrammet plotter temperaturen til stjerner mot lysstyrken deres. Stjernens plassering i diagrammet gir informasjon om hvilket stadium den befinner seg i, så vel som dens masse og lysstyrke.European Southern Observatory

Stellar Evolution

Astronomer har et godt grep om hvordan stjerner blir født, lever og dør. Denne sekvensen av liv og død kalles "fantastisk evolusjon." Den største prediktoren for hvordan en stjerne vil utvikle seg er masse den er født med, dens "første masse." Stjerner med lav masse er generelt kjøligere og svakere enn deres høyere masse kolleger. Så, ganske enkelt ved å se på en stjerners farge, temperatur og hvor den "bor" i Hertzsprung-Russell-diagrammet, kan astronomer få en god ide om en stjernemasse. Sammenligninger av lignende stjerner med kjent masse (som binærene nevnt ovenfor) gir astronomer en god ide om hvor massiv en gitt stjerne er, selv om den ikke er en binær.

Selvfølgelig holder ikke stjernene samme masse hele livet. De mister det når de eldes. De bruker gradvis sitt kjernefysiske drivstoff, og opplever etter hvert enorme episoder med massetap på slutten av livet. Hvis de er stjerner som sola, blåser de den forsiktig av og danner planetnebler (vanligvis). Hvis de er mye mer massive enn Solen, dør de i supernovahendelser, der kjernene kollapser og utvides deretter utover i en katastrofal eksplosjon. Det sprenger mye av deres materiale til verdensrommet.

Sammensatt bilde av Crab Nebula, en supernova-rest som forkynte døden til en veldig massiv stjerne.NASA / ESA / ASU / J. Hester & A. loll

Ved å observere stjernetyper som dør som solen eller dør i supernovaer, kan astronomer utlede hva andre stjerner vil gjøre. De kjenner massene sine, de vet hvordan andre stjerner med lignende masser utvikler seg og dør, og slik at de kan gjøre noen pene gode spådommer, basert på observasjoner av farge, temperatur og andre aspekter som hjelper dem å forstå deres massene.

Det er mye mer å observere stjernene enn å samle inn data. Informasjonen astronomene får er brettet til veldig nøyaktige modeller som hjelper dem å forutsi akkurat nøyaktig hva stjerner i Melkeveien og i hele universet vil gjøre som de er født, eldes og dør, alt basert på deres massene. Til slutt hjelper denne informasjonen også folk til å forstå mer om stjerner, særlig vår sol.

Raske fakta

  • Massen til en stjerne er en viktig prediktor for mange andre egenskaper, inkludert hvor lang tid den vil leve.
  • Astronomer bruker indirekte metoder for å bestemme massene av stjerner siden de ikke direkte kan berøre dem.
  • Typisk sett lever mer massive stjerner kortere levetid enn de mindre massive. Dette er fordi de forbruker kjernefysisk drivstoff mye raskere.
  • Stjerner som vår sol er mellommasse og vil ende på en mye annen måte enn massive stjerner som vil sprenge seg selv etter noen titalls millioner år.
instagram story viewer