Hercšprungo–Riusselio (H-R) diagrama: žvaigždžių šviesumas ir temperatūra
Sužinokite, kaip Hercšprungo–Riusselio (H‑R) diagrama atskleidžia žvaigždžių šviesumą, temperatūras ir evoliuciją — aiškus paaiškinimas su pavyzdžiais ir 23 000 žvaigždžių duomenimis.
Hercšprungo-Russelio diagrama - tai daugelio žvaigždžių grafikas, vaizduojantis ryšį tarp žvaigždžių šviesumo (t. y. kiek jos ryškios) ir jų temperatūros (kiek jos karštos). Tai nėra žvaigždžių padėčių žemėlapis ar erdvinis vaizdas – tai statistinis ir fizikinis įrankis, leidžiantis suprasti, kaip žvaigždės skiriasi viena nuo kitos ir kaip jos keičiasi laikui bėgant. Hercšprungo-Riusselio diagramos dažnai trumpinamos H-R diagrama arba HRD.
Hercšprungo-Russelio diagramos pavyzdį galite pamatyti dešinėje. Ši diagrama sudaryta remiantis 23 000 žvaigždžių, esančių mūsų Mėlynbarzdžio galaktikoje, matavimais. Diagrama pavadinta jos kūrėjų astronomų Ejnaro Hercšprungo (Ejnar Hertzsprung) ir Henrio Noriso Rasselio (Henry Norris Russell) vardu.
Kas rodoma diagramoje ir kaip ją skaityti
Tipiškoje H-R diagramoje ašys dažniausiai taip suprantamos:
- Vertikali ašis – žvaigždžių šviesumas (dažnai logaritminė skalė, pvz., log L arba absoliutusis ryškumas Mv). Į viršų rodomos ryškiausios žvaigždės.
- Horizontali ašis – paviršinė temperatūra arba spektrinė klasė; dažnai temperatūra mažėja einant į dešinę (tai gali kelti painiavą, bet toks įprastas braižymas). Kartais vietoje temperatūros naudojamas spalvos indeksas (pvz., B–V), todėl praktinėse diagramose matysite vadinamąjį spalvų-ryškumo (color–magnitude) diagramą.
Temperatūra susieta su spektrine klase (O, B, A, F, G, K, M): O ir B klasės žvaigždės yra labai karštos ir mėlynos, o K ir M – vėsesnės ir raudonos. Diagramos ašys gali būti pateiktos skirtingais vienetais (efektyvioji temperatūra, spektrinė klasė, spalvos indeksas, absoliutusis ar bolometrinis ryškumas), tačiau esmė ta pati – palyginti energijos išskyrimą ir paviršinę temperatūrą.
Pagrindinės sritys H-R diagramoje
- Pagrindinė seka (Main Sequence) – ilgas įstrižas juostos pirmajame diagramos plote, kuriame dauguma žvaigždžių praleidžia didžiąją savo evoliucijos dalį. Čia vyksta vandenilio degimas branduolyje. Didesnės masės žvaigždės yra karštesnės ir ryškesnės (viršutinis kairysis kampas), mažesnės masės – šaltesnės ir blankesnės (apatinis dešinysis kampas).
- Milžinės ir supermilžinės – viršutinė dešinė diagramos dalis. Tai didelės spinduliuotės, vėsesnės paviršiaus temperatūros žvaigždės, kurios yra išsiplėtusios vėlesniuose evoliucijos etapuose.
- Balti nykštukai – apatiniame kairiajame kampe randamos karštos, bet silpnai spinduliuojančios žvaigždės, kurios yra labai tankios likučiai po vėlesnių evoliucijos stadijų.
- Submilžinės ir perėjimo zonos – regionai tarp pagrindinės sekos ir milžinių, kuriuose žvaigždės keičia savo šerdies degimo šaltinį ir struktūrą.
Ką H-R diagrama leidžia sužinoti
- Žvaigždžių evoliija: braižant stebimas žvaigždžių judėjimas H-R diagramoje, galima sekti jų evoliinius kelius (evoliuciniai takeliai) nuo formavimosi iki liekanų stadijų.
- Klasterių amžius: žvaigždžių spiečiuose (atvirose grupėse ir spiečiuose) nustatomas „pagrindinės sekos išsikirtimas“ (turn-off point). Jo padėtis leidžia apskaičiuoti spiečiaus amžių.
- Atstumai ir pagrindinės seka (main-sequence fitting): palyginus atvirų spiečių pagrindines sekas su gerai žinomų atstumų žvaigždžių sekomis, galima įvertinti atstumus.
- Fizinės charakteristikos: H-R diagrama padeda nustatyti žvaigždžių masę, spindulį, luminsoyti ir branduolines būsenas, ypač kai diagrama derinama su spektroskopiniais matavimais.
Praktiniai pastebėjimai
- Stebėtinė H-R diagrama (spalvų–ryškumo diagrama) dažnai naudojama astronomijoje, nes ji remiasi matuojamomis spalvomis (pvz., B–V) ir matoma absoliučia ar išmatuota ryškumu. Teorinės diagramos naudoja efektinę temperatūrą ir bendrąją luminsoytę (bolometrinę).
- Diagramoje ryškumas dažnai pateikiamas logaritmiškai, nes žvaigždžių spinduliuotė kinta dideliais laipsniais; tai pabrėžia skirtumus tarp silpnų ir labai ryškių žvaigždžių.
- H-R diagrama yra universali: ją galima braižyti tiek atskiroms žvaigždėms, tiek didelėms žvaigždžių imtims, tiek modeliniams skaičiavimams, leidžianti palyginti stebėjimus su teorija.
Istorija ir pavadinimas
Diagrama pavadinta jos kūrėjų vardais: Ejnaro Hercšprungo (Ejnar Hertzsprung) ir Henrio Noriso Rasselio (Henry Norris Russell). Jų nepriklausomi darbai pradžioje XX a. padėjo astronomams suprasti, kad žvaigždžių spektrinės savybės ir ryškumas yra tarpusavyje susiję, ir tai tapo fundamentine priemone žvaigždžių evoliucijos tyrimuose.
Pastaba: H-R diagrama nėra žvaigždžių padėčių žemėlapis ar erdvinė nuotrauka – tai matematinis grafinis būdas susisteminti žvaigždžių fizines savybes. Nors ji atrodo kaip „nuotrauka“ žvaigždžių savybių erdvėje, tai visų pirma analizės ir interpretacijos įrankis.
Hertzsprungo-Russelio diagrama, parengta Richardo Powello leidimu.
Kitas požiūris, galbūt lengviau suprantamas
Žvaigždžių evoliucijos pėdsakai H-R diagramoje: Saulė = 1
Hercšprungo-Russelio diagramos braižymas
Hercšprungo-Russelio diagramos vertikalioji ašis rodo žvaigždžių šviesumą arba ryškumą, tarsi jos visos būtų išmatuotos iš to paties atstumo. Kitas terminas - absoliutusis dydis. Kuo ryškesnė žvaigždė, tuo didesnis jos brėžinys šioje diagramoje.
Horizontalioji ašis rodo žvaigždžių paviršiaus temperatūrą. Tačiau judant į dešinę temperatūra ne kyla, o mažėja. Tai reiškia, kad kairėje diagramos pusėje yra žvaigždės, kurių paviršiaus temperatūra yra aukščiausia (didesnė nei 30 000 kelvinų), o dešinėje - žvaigždės, kurių temperatūra yra tik 3000 K.
Apskritai žvaigždės temperatūra susijusi su jos spalva. Diagramos viršuje kartu su temperatūromis pateiktos spektrinės klasės. Karščiausios žvaigždės yra mėlynai baltos (O klasė), vidutinės temperatūros - geltonos (G klasė), o vėsiausios - raudonos (M klasė). (Žinoma, sakydami apie žvaigždes "vėsiausios", turime suprasti, kad žemiausia žvaigždės temperatūra yra beveik 5000 laipsnių pagal Farenheitą).
Tiesą sakant, kai 1900-ųjų pradžioje buvo sukurtos Hercšprungo-Russelio diagramos, astronomai nežinojo, kaip nustatyti žvaigždės temperatūrą. Pirmosiose diagramose žvaigždžių absoliutusis dydis (kai pridėjus vienetą ryškumas sumažėdavo maždaug du su puse karto) buvo atvaizduojamas pagal spalvą, išreikštą spektrinėmis klasėmis nuo mėlynai baltos iki raudonos.
Regionai su daugybe žvaigždžių
Kaip matote, taip pavaizduotos žvaigždės paprastai patenka tik į tam tikrus diagramos regionus. Visos žvaigždės, esančios tam tikroje Hercšprungo-Russelio diagramos srityje, yra panašaus šviesumo ir temperatūros. Pagrindinė sritis, kurioje atsiranda žvaigždės, yra įstrižai išlenkta linija, einanti iš viršutinės kairės (karšta ir ryški) į apatinę dešinę (vėsesnė ir mažiau ryški). Tai vadinama pagrindine seka. Virš pagrindinės sekos yra kita sritis, kurioje yra raudonųjų milžinių. Žemiau yra lenkta linija, žyminti baltąsias nykštukes.
Šie žvaigždžių rinkiniai pagal ryškumą ir temperatūrą yra svarbūs kalbant apie žvaigždžių evoliuciją. Apskritai žvaigždės susidaro pagrindinėje sekoje. (Žinoma, sakydami "pagrindinėje sekoje" iš tikrųjų turime omenyje "turinčios tokį ryškumą ir temperatūrą, kad Hercšprungo-Russelio diagramoje jos yra pagrindinės sekos viduje"). Po milijardų metų jos virsta raudonosiomis milžinėmis. Tada, praėjus dar vienam ar dviem milijardams metų, jos susitraukia iki baltųjų nykštukių.
Tik 1930-1940 m. mokslininkai ėmė suprasti branduolių sintezės vaidmenį kuriant ir išlaikant tokias žvaigždes kaip mūsų Saulė. Šiais laikais Hercšprungo-Riusselio diagramos naudojamos mokiniams vaizdžiai pristatyti žvaigždžių evoliuciją. Naujoms mokslinėms teorijoms kurti jos nebenaudojamos.
Hercšprungo-Russelio diagramoje mūsų Saulė yra labai arti pagrindinės sekos vidurio, ties 1 šviesio ir 5780 K temperatūros sankirta. Todėl Saulė yra G klasės arba "geltonoji žvaigždė").
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra Hercšprungo-Russelio diagrama?
A: Hercšprungo-Russelio diagrama - tai daugelio žvaigždžių diagrama, kuri rodo žvaigždžių šviesumo ir jų temperatūros priklausomybę.
K: Ar Hercšprungo-Riusselio diagramos yra žvaigždžių išsidėstymo paveikslai ar žemėlapiai?
Atsakymas: Ne, Hercšprungo-Riusselio diagramos nėra žvaigždžių buvimo vietos paveikslai ar žemėlapiai. Jose kiekviena žvaigždė pavaizduota grafike, kuriame matuojama žvaigždės ryškumo priklausomybė nuo jos temperatūros.
K: Kaip dar vadinamos Hercšprungo-Riusselio diagramos?
A: Hercšprungo-Riusselio diagramos dar vadinamos H-R diagramomis arba HRD.
K: Kiek žvaigždžių buvo panaudota sudarant tekste pateiktą Hercšprungo-Riusselio diagramą?
Atsakymas: Tekste pateikta diagrama sudaryta remiantis 23 000 žvaigždžių, esančių mūsų Mėlynbarzdžio galaktikoje, matavimais.
K: Kas buvo Hercšprungo-Riusselio diagramos kūrėjai?
A: Hercšprungo-Riusselio diagrama pavadinta jos kūrėjų, astronomų Ejnaro Hercšprungo (Ejnar Hertzsprung) ir Henrio Noriso Rasselio (Henry Norris Russell) vardu.
K: Ką matuoja kiekviena žvaigždė pagal Hercšprungo-Russelio diagramą?
A: Hercšprungo-Russelio diagrama matuoja kiekvienos žvaigždės ryškumo arba šviesumo priklausomybę nuo jos temperatūros.
K: Kokia yra Hercšprungo-Russelio diagramos reikšmė?
A: Hercšprungo-Riusselio diagrama yra svarbi, nes leidžia astronomams klasifikuoti žvaigždes pagal jų temperatūrą ir šviesumą, taip pat suteikia informacijos apie žvaigždės amžių ir evoliucijos etapą.
Ieškoti