Jak zjistit hmotnost hvězdy

Téměř všechno ve vesmíru má hmotu, z atomů a subatomických částic (jako jsou ty, které studoval Velký Hadron Collider) do obří shluky galaxií. Jediné, co vědci vědí o tak daleko, že nemají masu, jsou fotony a gluony.

Hmota je důležité vědět, ale objekty na obloze jsou příliš vzdálené. Nemůžeme se jich dotknout a určitě je nemůžeme zvážit konvenčními prostředky. Jak tedy určují astronomové množství věcí ve vesmíru? Je to komplikované.

Předpokládejme, že typická hvězda je docela masivní, obvykle mnohem více než typická planeta. Proč se starat o jeho hmotnost? Tyto informace je důležité vědět, protože odhaluje stopy o evoluční minulosti, přítomnosti a budoucnosti hvězdy.

Astronomové mohou ke stanovení hvězdné hmoty použít několik nepřímých metod. Jedna metoda, nazývaná

Až do 21. století astronomové potřebovali aplikovat gravitační čočky na měření hvězdných hmot. Předtím se museli spoléhat na měření hvězd obíhajících kolem společného středu hmoty, tzv. Binárních hvězd. Hmotnost binární hvězdy (dvě hvězdy obíhající společné těžiště) je pro astronomy docela snadné měřit. Ve skutečnosti více hvězdné systémy poskytují učebnicový příklad, jak zjistit jejich hmotnosti. Je to trochu technické, ale stojí za to pochopit, co musí astronomové dělat.

Nejprve měří oběžné dráhy všech hvězd v systému. Sledují také orbitální rychlosti hvězd a poté určují, jak dlouho trvá, než daná hvězda projde jednou orbitou. Říká se tomu jeho „orbitální období“.

Jakmile jsou všechny tyto informace známy, astronomové poté provedou některé výpočty, aby určili hmotnosti hvězd. Mohou použít rovnici V_obíhat = SQRT (GM / R) kde SQRT je "druhá odmocnina" a, G je gravitace, M je hmotnost a R je poloměr objektu. Je to záležitost algebry, která škádlí masu přeskupením rovnice, kterou má vyřešit M.

Astronomové se tedy nikdy nedotýkají hvězdy a používají matematiku a známé fyzikální zákony, aby zjistili její hmotnost. To však nemohou udělat pro každou hvězdu. Jiná měření jim pomáhají zjistit hmotnosti hvězdne v binárních nebo vícehvězdičkových systémech. Například mohou používat jas a teploty. Hvězdy různých jasů a teplot mají nesmírně odlišné hmotnosti. Tato informace, když je vynesena do grafu, ukazuje, že hvězdy mohou být uspořádány podle teploty a jasu.

Opravdu masivní hvězdy patří mezi nejžhavější ve vesmíru. Méně hmotné hvězdy, jako je Slunce, jsou chladnější než jejich obrovští sourozenci. Graf hvězdných teplot, barev a jasů se nazývá Hertzsprung-Russellův diagrama podle definice také ukazuje hmotnost hvězdy v závislosti na tom, kde leží na mapě. Pokud leží podél dlouhé, klikaté křivky zvané Hlavní sekvence, pak astronomové vědí, že jeho hmotnost nebude gigantická ani malá. Největší hmota a hvězdy s nejmenší hmotností spadají mimo hlavní sekvenci.

Astronomové dobře vědí, jak se hvězdy rodí, žijí a umírají. Tato posloupnost života a smrti se nazývá „hvězdná evoluce“. Největším prediktorem vývoje hvězdy je hmota, z níž se rodí, její „počáteční hmota“. Hvězdy s nízkou hmotností jsou obecně chladnější a slabší než jejich hmota s vyšší hmotností protějšky. Astronomové tak jednoduše získají dobrou představu o hmotě hvězdy tím, že se jednoduše podívají na barvu, teplotu hvězdy a kde „žijí“ v diagramu Hertzsprung-Russell. Srovnání podobných hvězd známé hmotnosti (jako jsou výše uvedené binární soubory) dávají astronomům dobrou představu o tom, jak masivní je daná hvězda, i když to není binární.

Hvězdy samozřejmě po celý život nezachovávají stejnou hmotnost. Ztrácí to, jak stárnou. Postupně spotřebovávají své jaderné palivo a nakonec zažívají obrovské epizody hromadných ztrát konce jejich života. Jsou-li hvězdy jako Slunce, jemně to sfouknou a vytvoří planetární mlhoviny (obvykle). Pokud jsou mnohem masivnější než Slunce, zemřou při supernovových událostech, kde se jádra zhroutí a poté se při katastrofické explozi rozevírají ven. To vypouští velkou část jejich materiálu do vesmíru.

Pozorováním typů hvězd, které umírají jako Slunce nebo umírají v supernovech, mohou astronomové odvodit, co budou dělat ostatní hvězdy. Znají své masy, vědí, jak se vyvíjejí a umírají jiné hvězdy s podobnými hmotami, a tak mohou některé pěkně vydělat dobré předpovědi založené na pozorování barvy, teploty a dalších aspektů, které jim pomáhají porozumět jejich masy.

Pozorování hvězd je mnohem víc než shromažďování dat. Informace, které astronomové získají, jsou složeny do velmi přesných modelů, které jim pomáhají předpovídat přesně to, co přesně hvězdy na Mléčné dráze a v celém vesmíru budou dělat, jak se narodí, stárnou a zemřou, vše na základě jejich masy. Nakonec tyto informace také pomáhají lidem pochopit více o hvězdách, zejména o našem Slunci.

• Hmotnost hvězdy je důležitým prediktorem pro mnoho dalších charakteristik, včetně toho, jak dlouho bude žít.
• Astronomové používají nepřímé metody ke stanovení hmotností hvězd, protože se jich nemohou přímo dotknout.
• Typicky řečeno, masivnější hvězdy žijí kratší životnost než méně masivní. Je to proto, že spotřebovávají své jaderné palivo mnohem rychleji.
• Hvězdy, jako je naše Slunce, jsou středně hmotné a skončí mnohem odlišnějším způsobem než hmotné hvězdy, které se po několika desítkách milionů let vyhodí do vzduchu.