19.4: Umbali wa H-R na Cosmic
- Page ID
- 176062
Malengo ya kujifunza
Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:
- Kuelewa jinsi aina za spectral zinazotumiwa kukadiria luminosities ya stellar
- Kuchunguza jinsi mbinu hizi zinazotumiwa na wanaastronomia leo
Nyota za kutofautiana sio njia pekee ambayo tunaweza kukadiria uangavu wa nyota. Njia nyingine inahusisha mchoro wa H—R, ambao unaonyesha kwamba mwangaza wa ndani wa nyota unaweza kukadiriwa kama tunajua aina yake ya spectral.
Umbali kutoka Aina za Spectral
Kama nyota zenye kuridhisha na kuzalisha kama nyota za kutofautiana zilivyokuwa kwa kipimo cha umbali, nyota hizi ni nadra na hazipatikani karibu na vitu vyote tunavyotaka kupima umbali. Tuseme, kwa mfano, tunahitaji umbali wa nyota ambayo si tofauti, au kwa kundi la nyota, hakuna ambayo ni ya kutofautiana. Katika kesi hii, inageuka mchoro wa H—R unaweza kuwaokoa.
Kama tunaweza kuchunguza wigo wa nyota, tunaweza kukadiria umbali wake kutoka kwa ufahamu wetu wa mchoro wa H—R. Kama ilivyojadiliwa katika Kuchambua Starlight, uchunguzi wa kina wa wigo wa stellar inaruhusu wanaastronomia kuainisha nyota kuwa moja ya aina za spectral zinazoonyesha joto la uso. (Aina ni O, B, A, F, G, K, M, L, T, na Y; kila moja ya haya yanaweza kugawanywa katika vikundi vilivyohesabiwa.) Kwa ujumla, hata hivyo, aina ya spectral peke yake haitoshi kutuwezesha kukadiria mwanga. Angalia tena kwenye Kielelezo\(18.4.1\) katika Sehemu ya 18.4. Nyota ya G2 inaweza kuwa nyota kuu ya mlolongo yenye mwanga wa 1 L Sun, au inaweza kuwa kubwa yenye mwanga wa 100 L Sun, au hata supergiant yenye mwanga wa juu zaidi.
Tunaweza kujifunza zaidi kutokana na wigo wa nyota, hata hivyo, kuliko joto lake tu. Kumbuka, kwa mfano, kwamba tunaweza kuchunguza tofauti za shinikizo katika nyota kutoka kwa maelezo ya wigo. Maarifa haya ni muhimu sana kwa sababu nyota kubwa ni kubwa (na zina shinikizo la chini) kuliko nyota kuu za mlolongo, na supergiants bado ni kubwa kuliko vikubwa. Ikiwa tutaangalia kwa undani wigo wa nyota, tunaweza kuamua kama ni nyota kuu ya mlolongo, giant, au supergiant.
Tuseme, kuanza na mfano rahisi, kwamba wigo, rangi, na mali nyingine za nyota ya mbali ya G2 inafanana na yale ya Jua hasa. Kwa hiyo ni busara kuhitimisha kwamba nyota hii ya mbali inawezekana kuwa nyota kuu ya mlolongo kama Jua na kuwa na mwangaza sawa na Jua. Lakini ikiwa kuna tofauti za hila kati ya wigo wa jua na wigo wa nyota ya mbali, basi nyota ya mbali inaweza kuwa kubwa au hata supergiant.
Mfumo unaotumiwa sana wa uainishaji wa nyota hugawanya nyota za darasa la spectral lililopewa katika makundi sita yanayoitwa madarasa ya luminosity. Madarasa haya ya mwanga yanaashiria namba za Kirumi kama ifuatavyo:
- Ia: supergiants Brightest
- Ib: Chini luminous supergiants
- II: Bright giants
- III: Giants
- IV: Subgiants (kati kati ya giants na nyota kuu mlolongo)
- V: Nyota kuu za mlolongo
Ufafanuzi kamili wa nyota wa nyota unajumuisha darasa lake la luminosity. Kwa mfano, nyota kuu ya mlolongo na darasa la spectral F3 imeandikwa kama F3 V. vipimo vya giant M2 ni M2 III. Kielelezo\(\PageIndex{1}\) kinaonyesha nafasi ya takriban ya nyota za madarasa mbalimbali ya luminosity kwenye mchoro wa H - R. Sehemu zilizopigwa za mistari zinawakilisha mikoa yenye nyota chache sana au zisizo.
Pamoja na madarasa yake yote ya spectral na luminosity inayojulikana, nafasi ya nyota kwenye mchoro wa H—R ni ya kipekee. Kwa kuwa mchoro unahusisha mwanga dhidi ya joto, hii inamaanisha sasa tunaweza kusoma mwanga wa nyota (mara moja wigo wake umetusaidia kuiweka kwenye mchoro). Kama hapo awali, ikiwa tunajua jinsi nyota inavyoonekana na kuona jinsi inavyoonekana, tofauti inatuwezesha kuhesabu umbali wake. (Kwa sababu za kihistoria, wataalamu wa astronomers wakati mwingine huita njia hii ya uamuzi wa umbali spectroscopic parallax, ingawa njia hiyo haihusiani na parallax.)
Njia ya mchoro wa H—R inaruhusu wanaastronomia kukadiria umbali wa nyota zilizo karibu, pamoja na baadhi ya nyota zilizo mbali zaidi katika galaxi yetu, lakini imetungwa kwa vipimo vya parallax. Umbali uliopimwa kwa kutumia parallax ni kiwango cha dhahabu kwa umbali: hutegemea mawazo yoyote, jiometri tu. Mara baada ya wanaastronomia kuchukua wigo wa nyota iliyo karibu ambayo sisi pia tunajua parallax, tunajua mwanga unaofanana na aina hiyo ya spectral. Nyota zilizo karibu zinatumika kama alama za nyota za mbali zaidi kwa sababu tunaweza kudhani kuwa nyota mbili zilizo na spectra zinazofanana zina mwangaza huo wa ndani.
Maneno Machache kuhusu Ulimwengu wa Kweli
Vitabu vya utangulizi kama vile yetu hufanya kazi kwa bidii kuwasilisha nyenzo kwa njia moja kwa moja na rahisi. Kwa kufanya hivyo, sisi wakati mwingine kufanya wanafunzi wetu disservice kwa kufanya mbinu za kisayansi kuonekana pia safi na painless. Katika ulimwengu wa kweli, mbinu ambazo tumeelezea tu zinageuka kuwa mbaya na ngumu, na mara nyingi huwapa wanaastronomia maumivu ya kichwa ambayo hudumu kwa muda mrefu katika mchana.
Kwa mfano, mahusiano tuliyoyaelezea kama vile uhusiano wa kipindi cha mwangaza kwa nyota fulani za kutofautiana sio mistari ya moja kwa moja kwenye grafu. Vipengele vinavyowakilisha nyota nyingi huenea sana wakati wa kupanga njama, na hivyo, umbali unaotokana nazo pia huwa na kutawanya fulani au kutokuwa na uhakika.
Umbali tunaopima na mbinu ambazo tumejadiliwa kwa hiyo ni sahihi tu ndani ya asilimia fulani ya hitilafu-wakati mwingine 10%, wakati mwingine 25%, wakati mwingine kama 50% au zaidi. Hitilafu ya 25% kwa nyota inakadiriwa kuwa umbali wa miaka ya nuru 10,000 inamaanisha kuwa inaweza kuwa mahali popote kuanzia umbali wa miaka 7500 hadi 12,500 ya nuru. Hii itakuwa kutokuwa na uhakika usiokubalika ikiwa ungekuwa unapakia mafuta kwenye spaceship kwa safari ya nyota, lakini sio takwimu mbaya ya kwanza kufanya kazi nayo ikiwa wewe ni mwanaastronomia uliokwama kwenye sayari ya Dunia.
Wala ujenzi wa michoro H - R rahisi kama unaweza kufikiri mwanzoni. Ili kufanya mchoro mzuri, mtu anahitaji kupima sifa na umbali wa nyota nyingi, ambazo zinaweza kuwa kazi ya muda. Kwa kuwa jirani yetu ya jua tayari imepangwa vizuri, nyota wanaastronomia wengi wanataka kujifunza ili kuendeleza ujuzi wetu ni uwezekano wa kuwa mbali na kukata tamaa. Inaweza kuchukua masaa ya kuchunguza ili kupata wigo mmoja. Waangalizi wanaweza kutumia usiku mingi katika darubini (na siku nyingi kurudi nyumbani kufanya kazi na data zao) kabla ya kupata kipimo cha umbali wao. Kwa bahati nzuri, hii inabadilika kwa sababu tafiti kama vile Gaia zitasoma mabilioni ya nyota, na kuzalisha data za umma ambazo wanaastronomia wote wanaweza kutumia.
Pamoja na matatizo haya, zana ambazo tumekuwa tukizungumzia zinatuwezesha kupima umbali wa ajabu —parallaxes kwa nyota zilizo karibu, nyota za kutofautiana kwa RR Lyrae; mchoro wa H—R kwa makundi ya nyota katika galaxi zetu na zilizo karibu; na cepheids hadi umbali wa miaka ya nuru milioni 60. Jedwali\(\PageIndex{1}\) linaelezea mipaka ya umbali na kuingiliana kwa kila njia.
Kila mbinu iliyoelezwa katika sura hii inajenga angalau njia nyingine moja, kutengeneza kile ambacho wengi huita ngazi ya umbali wa cosmic. Parallaxes ni msingi wa makadirio yote ya umbali wa stellar, mbinu za spectroscopic hutumia nyota zilizo karibu kuziba michoro zao za H—R, na makadirio ya umbali wa RR Lyrae na cepheid yanawekwa katika makadirio ya umbali wa mchoro wa H - R (na hata katika kipimo cha parallax kwa cepheid iliyo karibu, Delta Cephei).
Mlolongo huu wa mbinu huwawezesha wanaastronomia kushinikiza mipaka wakati wakitafuta nyota za mbali zaidi. Kazi ya hivi karibuni, kwa mfano, imetumia nyota za RR Lyrae kutambua galaxi za rafiki zisizo za kawaida kwa Milky Way nje ya umbali wa miaka ya mwanga 300,000. Njia ya mchoro wa H—R hivi karibuni ilitumika kutambua nyota mbili zilizo mbali zaidi katika galaksi: nyota nyekundu kubwa zinatoka katika halo ya Milky Way ikiwa na umbali wa karibu miaka ya nuru milioni 1.
Tunaweza kuchanganya umbali tunaopata kwa nyota na vipimo vya muundo wake, mwangaza, na joto-uliofanywa na mbinu zilizoelezwa katika Kuchambua Starlight na The Stars: Sensa ya Mbinguni. Pamoja, hizi hufanya arsenal ya habari tunayohitaji kufuatilia mageuzi ya nyota tangu kuzaliwa hadi kifo, suala ambalo tunageuka katika sura zinazofuata.
| Mbinu | Umbali wa umbali |
|---|---|
| Parallax ya trigonometric | Miaka ya nuru 4—30,000 wakati ujumbe wa Gaia ukamilika |
| RR Lyrae nyota | Kati ya miaka 300,000 ya mwanga |
| Mchoro wa H - R na umbali wa spectroscopic | Kati ya miaka ya mwanga 1,200,000 |
| Nyota za Cepheid | Kati ya miaka 60,000,000 ya mwanga |
Muhtasari
Nyota zilizo na joto zinazofanana lakini shinikizo tofauti (na kipenyo) zina spectra tofauti. Kwa hiyo uainishaji wa spectral unaweza kutumika kukadiria darasa la mwangaza wa nyota pamoja na joto lake. Matokeo yake, wigo unaweza kutuwezesha kutambua mahali ambapo nyota iko kwenye mchoro wa H—R na kuanzisha mwanga wake. Hii, pamoja na mwangaza wa nyota inayoonekana, hutoa tena umbali wake. Mbinu mbalimbali za umbali zinaweza kutumiwa kuangalia moja dhidi ya mwingine na hivyo kufanya aina ya ngazi ya umbali ambayo inaruhusu sisi kupata umbali mkubwa zaidi.
faharasa
- darasa la kuangaza
- uainishaji wa nyota kulingana na mwanga wake ndani ya darasa la spectral iliyotolewa; Jua letu, nyota ya G2V, ina darasa la mwanga wa V, kwa mfano