21.2: H-R na Utafiti wa Mageuzi ya Stellar

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Tambua umri wa protostar kwa kutumia mchoro wa H—R na mwanga wa protostar na joto
• Eleza ushirikiano kati ya mvuto na shinikizo, na jinsi protostar ya kuambukizwa inabadilisha msimamo wake katika mchoro wa H—R kama matokeo

Mojawapo ya njia bora za kufupisha maelezo haya yote kuhusu jinsi nyota au protostar inavyobadilika na wakati ni kutumia mchoro wa Hertzsprung-Russell (H—R). Kumbuka kutoka Stars: Sensa ya Mbinguni kwamba, wakati wa kuangalia mchoro wa H—R, joto (mhimili usio na usawa) hupangwa kuongezeka upande wa kushoto. Kama nyota inapita kupitia hatua za maisha yake, mwangaza wake na mabadiliko ya joto. Hivyo, msimamo wake kwenye mchoro wa H—R, ambapo mwanga unapangwa dhidi ya joto, pia hubadilika. Kama umri wa nyota, tunapaswa kuiweka tena katika maeneo tofauti kwenye mchoro. Kwa hiyo wanaastronomia mara nyingi huzungumzia nyota inayohamia kwenye mchoro wa H—R, au ya mageuzi yake yakifuatilia njia kwenye mchoro. Katika muktadha huu, “kufuatilia njia” haihusiani na mwendo wa nyota kupitia angani; hii ni njia ya kifupi tu ya kusema kuwa halijoto na mwangaza wake hubadilika kadiri inavyobadilika.

Tazama uhuishaji wa nyota katika nguzo ya Omega Centauri wanapopanga upya kulingana na mwangaza na joto, na kutengeneza mchoro wa Hertzsprung-Russell (H—R).

Ili kukadiria ni kiasi gani cha mwanga na joto la nyota hubadilika wakati wa miaka, lazima tupate mahesabu. Wanadharia huhesabu mfululizo wa mifano ya nyota, na kila mfano wa mfululizo unaowakilisha hatua ya baadaye kwa wakati. Stars inaweza kubadilika kwa sababu mbalimbali. Protostars, kwa mfano, hubadilika kwa ukubwa kwa sababu wanaambukizwa, na joto lao na mwangaza hubadilika wanapofanya hivyo. Baada ya fusion ya nyuklia kuanza katika msingi wa nyota (angalia Stars kutoka Ujana hadi Uzee), nyota kuu za mlolongo zinabadilika kwa sababu zinatumia mafuta yao ya nyuklia.

Kutokana na mfano unaowakilisha nyota katika hatua moja ya mageuzi yake, tunaweza kuhesabu nini itakuwa kama wakati kidogo baadaye. Katika kila hatua, mfano huo unatabiri mwanga na ukubwa wa nyota, na kutoka kwa maadili haya, tunaweza kutambua joto la uso wake. Mfululizo wa pointi kwenye mchoro wa H—R, uliohesabiwa kwa njia hii, unatuwezesha kufuata mabadiliko ya maisha ya nyota na hivyo inaitwa wimbo wake wa mageuko.

Mabadiliko tracks

Hebu sasa tutumie mawazo haya kufuata mageuzi ya protostars ambazo ziko njiani kuwa nyota kuu za mlolongo. Nyimbo za mabadiliko ya nyota mpya zinazounda na raia mbalimbali za stellar zinaonyeshwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{1}\). Vitu hivi vijana stellar bado kuzalisha nishati na athari za nyuklia, lakini hupata nishati kutokana na mvuto contraction-kupitia aina ya mchakato uliopendekezwa kwa Sun na Helmhotz na Kelvin katika karne hii iliyopita (tazama sura juu ya Sun: Nuclear Powerhouse).

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) Mabadiliko Tracks kwa Contracting Protostars Nyimbo zimepangwa kwenye mchoro wa H—R kuonyesha jinsi nyota za raia tofauti zinabadilika wakati wa sehemu za mwanzo za maisha yao. Nambari iliyo karibu na kila hatua ya giza kwenye wimbo ni idadi mbaya ya miaka inachukua nyota ya kiinitete kufikia hatua hiyo (namba ni matokeo ya mifano ya kompyuta na hivyo haijulikani vizuri). Kumbuka kwamba joto la uso (K) kwenye mhimili usio na usawa huongezeka upande wa kushoto. Unaweza kuona kwamba nyota inayo zaidi, muda mfupi unachukua kupita kila hatua. Stars juu ya mstari dashed ni kawaida bado kuzungukwa na nyenzo inflaming na ni siri na hayo.

Awali, protostar inabakia baridi sana na radius kubwa sana na wiani mdogo sana. Ni wazi kwa mionzi ya infrared, na joto linalozalishwa na contraction ya mvuto inaweza kuangaza mbali kwa uhuru katika nafasi. Kwa sababu joto hujenga polepole ndani ya protostar, shinikizo la gesi linabakia chini, na tabaka za nje huanguka karibu bila kushindwa kuelekea katikati. Hivyo, protostar inakabiliwa na kuanguka kwa haraka sana, hatua ambayo inalingana na mistari takribani wima upande wa kulia wa Kielelezo\(\PageIndex{1}\). Kama nyota inapungua, eneo lake la uso hupungua, na hivyo mwanga wake wote unapungua. Ukandamizaji wa haraka unaacha tu wakati protostar inakuwa mnene na opaque kutosha mtego joto iliyotolewa na contraction mvuto.

Wakati nyota inapoanza kuhifadhi joto lake, contraction inakuwa polepole sana, na mabadiliko ndani ya nyota iliyoambukizwa huweka mwanga wa nyota kama Jua letu takribani mara kwa mara. Joto la uso linaanza kujenga, na nyota “inakwenda” upande wa kushoto katika mchoro wa H—R. Nyota kwanza zinaonekana tu baada ya upepo wa stellar ulioelezwa mapema huondoa vumbi na gesi zinazozunguka. Hii inaweza kutokea wakati wa awamu ya haraka ya kupinga kwa nyota za chini, lakini nyota za juu zinabaki zimejaa vumbi mpaka zikamaliza awamu yao ya awali ya mvuto wa mvuto (angalia mstari uliopigwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).

Ili kukusaidia kuweka wimbo wa hatua mbalimbali ambazo nyota zinapitia maishani mwao, inaweza kuwa na manufaa kulinganisha maendeleo ya nyota na ile ya mwanadamu. (Kwa wazi, huwezi kupata mawasiliano halisi, lakini kufikiri kupitia hatua katika suala la kibinadamu kunaweza kukusaidia kukumbuka baadhi ya mawazo tunayojaribu kusisitiza.) Protostars inaweza kulinganishwa na majani ya binadamu-bado hawawezi kujiendeleza lakini kuchora rasilimali kutoka mazingira yao wanapokua. Kama vile kuzaliwa kwa mtoto ni wakati unavyotakiwa kuzalisha nishati yake mwenyewe (kwa njia ya kula na kupumua), hivyo wanaastronomia wanasema kwamba nyota inazaliwa inapoweza kujiendeleza kwa njia ya athari za nyuklia (kwa kufanya nishati yake mwenyewe.)

Wakati joto la kati la nyota linapokuwa juu ya kutosha (takriban milioni 12 K) ili kuunganisha hidrojeni kuwa heliamu, tunasema kwamba nyota imefikia mlolongo mkuu (dhana iliyoanzishwa katika The Stars: A Celestial Sensa). Sasa ni nyota kamili, zaidi au chini katika usawa, na kiwango chake cha mabadiliko hupungua kwa kasi. Kupungua kwa taratibu tu kwa hidrojeni jinsi inavyobadilishwa kuwa heliamu katika kiini hubadilisha polepole tabia za nyota.

Uzito wa nyota huamua hasa ambapo huanguka kwenye mlolongo kuu. Kama Kielelezo\(\PageIndex{1}\) kinaonyesha, nyota kubwa kwenye mlolongo kuu zina joto la juu na luminosities za juu. Nyota za chini zina joto la chini na luminosities ya chini.

Vitu vya molekuli ya chini sana havifikia joto la juu la kutosha ili kuwaka athari za nyuklia. Mwisho wa chini wa mlolongo mkuu unasimama ambapo nyota zina molekuli tu vigumu sana kutosha kuendeleza athari za nyuklia kwa kiwango cha kutosha ili kuzuia mvuto wa mvuto. Masi hii muhimu huhesabiwa kuwa karibu mara 0.075 masi ya Jua. Kama tulivyojadiliwa katika sura ya Kuchambua Starlight, vitu chini ya molekuli hii muhimu huitwa ama dwarfs kahawia au sayari. Kwa upande mwingine uliokithiri, mwisho wa mlolongo kuu unakoma wakati ambapo nishati inayotengenezwa na nyota mpya inayozalisha inakuwa kubwa sana kwamba inakataza kuongezeka kwa jambo la ziada. Kikomo cha juu cha molekuli ya stellar ni kati ya raia 100 na 200 ya jua.

Timescales ya mabadiliko

Muda gani inachukua nyota kuunda inategemea masi yake. idadi kwamba studio pointi juu ya kila kufuatilia katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\) ni mara, katika miaka, inahitajika kwa ajili ya nyota kiinitete kufikia hatua tumekuwa kujadili. Nyota za raia za juu sana kuliko Jua zinafikia mlolongo kuu katika miaka elfu chache hadi milioni. Jua lilihitaji mamilioni ya miaka kabla ya kuzaliwa. Makumi ya mamilioni ya miaka yanahitajika kwa nyota za molekuli ya chini ili kugeuka hadi mlolongo wa chini kuu. (Tutaona kwamba hii inageuka kuwa kanuni ya jumla: nyota kubwa hupitia hatua zote za mageuzi kwa kasi zaidi kuliko nyota za chini.)

Tutachukua hatua zinazofuata katika maisha ya nyota katika nyota kutoka Ujana hadi Uzee, tukichunguza kinachotokea baada ya nyota kufika katika mlolongo mkuu na kuanza “ujana wa muda mrefu” na “utu uzima” wa fusing hidrojeni kuunda heliamu. Lakini sasa tunataka kuchunguza uhusiano kati ya malezi ya nyota na sayari.

Muhtasari

Mageuzi ya nyota yanaweza kuelezewa kulingana na mabadiliko katika halijoto na mwangaza wake, ambayo inaweza kufuatiwa vizuri na kuipanga kwenye mchoro wa H—R. Protostars kuzalisha nishati (na joto ndani) kwa njia ya mvuto contraction ambayo kwa kawaida inaendelea kwa mamilioni ya miaka, mpaka nyota kufikia mlolongo kuu.