22.3: Kuangalia Nadharia

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza jinsi mchoro wa H—R wa nguzo ya nyota unaweza kuhusiana na umri wa nguzo na hatua za mageuzi ya wanachama wake wa stellar
• Eleza jinsi mzunguko wa mlolongo kuu wa nguzo unaonyesha umri wake

Katika sehemu iliyotangulia, tulionyesha kuwa makundi ya wazi ni mdogo kuliko makundi ya globular, na vyama ni kawaida hata vijana. Katika sehemu hii, tutaonyesha jinsi tunavyoamua umri wa kundinyota hizi. Uchunguzi muhimu ni kwamba nyota katika aina hizi tofauti za kundinyota zinapatikana katika sehemu tofauti katika mchoro wa H—R, na tunaweza kutumia maeneo yao katika mchoro pamoja na mahesabu ya kinadharia ili kukadiria muda gani wameishi.

Michoro ya H—R ya Vikundi Vijana

Je, nadharia inatabiri nini kwa mchoro wa H—R wa nguzo ambayo nyota zake hivi karibuni zimeondoka kwenye wingu la kati ya nyota? Kumbuka kwamba katika kila hatua ya mageuzi, nyota kubwa zinabadilika haraka zaidi kuliko wenzao wa chini. Baada ya miaka milioni chache (“hivi karibuni” kwa wanaastronomia), nyota kubwa zaidi zinapaswa kukamilisha awamu yao ya kupinga na kuwa kwenye mlolongo mkuu, wakati wale walio chini sana wanapaswa kuwa mbali na haki, bado wanaelekea mlolongo mkuu. Mawazo haya ni mfano katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\), ambayo inaonyesha H - R mchoro mahesabu na R. Kippenhahn na washirika wake katika Chuo Kikuu cha Munich kwa nguzo nadharia na umri wa miaka milioni 3.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) Young Cluster H—R Mchoro. Tunaona mchoro wa H—R kwa nguzo ya vijana wenye umri wa miaka milioni 3. Kumbuka kuwa nyota za juu (high-luminosity) zimefika kwenye hatua kuu ya mlolongo wa maisha yao, wakati nyota za chini (chini-luminosity) bado zinaambukizwa kuelekea mlolongo wa umri wa sifuri (mstari mweusi) na bado si moto wa kutosha kupata nishati zao zote kutoka kwa fusion ya hidrojeni.

Kuna makundi ya nyota halisi yanayolingana na maelezo haya. Wa kwanza kujifunza (mwaka wa 1950) ilikuwa NGC 2264, ambayo bado inahusishwa na eneo la gesi na vumbi ambalo lilizaliwa (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{2}\) Young Cluster NGC 2264. Iko takriban miaka ya nuru 2600 kutoka kwetu, eneo hili la nyota mpya, linalojulikana kama nguzo ya mti wa Krismasi, ni mchanganyiko tata wa gesi ya hidrojeni (ambayo ionized na nyota zilizoingia moto na zinaonyeshwa katika nyekundu), giza linaloficha vichochoro vya vumbi, na nyota zenye kipaji. Picha inaonyesha eneo la tukio kuhusu miaka 30 ya mwanga kote.

NGC 2264 nguzo ya H - R mchoro ni inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{3}\). Nguzo katikati ya Nebula ya Orion (inavyoonyeshwa katika Takwimu\(21.1.3\) na\(21.1.4\) katika Sehemu ya 21.1) iko katika hatua sawa ya mageuzi.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\) NGC 2264 H - R Mchoro. Linganisha hii mchoro H-R na kwamba katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\); ingawa pointi kuwatawanya kidogo zaidi hapa, nadharia na uchunguzi michoro ni inashangaza, na satisfyingly, sawa.

Kama makundi yanavyozidi, michoro zao za H - R zinaanza kubadilika. Baada ya muda mfupi (chini ya miaka milioni baada ya kufikia mlolongo mkuu), nyota kubwa zaidi hutumia hidrojeni katika viini vyao na kugeuka mbali na mlolongo kuu kuwa giants nyekundu na supergiants. Wakati mwingi unapopita, nyota za molekuli ya chini zinaanza kuondoka mlolongo mkuu na kufanya njia yao kuelekea upande wa juu wa kulia wa mchoro wa H—R.

Kuona mageuzi ya kikundi cha nyota katika galaxi kibete, unaweza kutazama uhuishaji huu mfupi wa jinsi mchoro wake wa H—R unavyobadilika.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\) ni picha ya NGC 3293, nguzo ambayo ni karibu miaka milioni 10. Mawingu mengi ya gesi na vumbi yamekwenda. Nyota moja kubwa imebadilika kuwa giant nyekundu na inasimama nje kama mwanachama wa machungwa angavu hasa wa kundinyota.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\) NGC 3293. Nyota zote zilizo kwenye kundinyota wazi kama NGC 3293 zinaundwa kwa wakati mmoja. Nyota kubwa zaidi, hata hivyo, hutolea mafuta yao ya nyuklia kwa kasi zaidi na hivyo hubadilika haraka zaidi kuliko nyota za masi ndogo. Kama nyota zinavyobadilika, zinakuwa nyekundu. Nyota angavu ya machungwa katika NGC 3293 ni mwanachama wa kundinyota ambayo imebadilika kwa kasi zaidi.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\) kinaonyesha mchoro wa H - R wa nguzo ya wazi M41, ambayo ni takribani miaka milioni 100; kwa wakati huu, idadi kubwa ya nyota zimehamia mbali na haki na kuwa giants nyekundu. Kumbuka pengo linaloonekana katika mchoro huu wa H—R kati ya nyota karibu na mlolongo mkuu na majitu nyekundu. Pengo haimaanishi kwamba nyota huepuka eneo la joto fulani na luminosities. Katika kesi hii, inawakilisha tu uwanja wa joto na mwanga kwa njia ambayo nyota zinabadilika haraka sana. Tunaona pengo la M41 kwa sababu wakati huu, hatujapata nyota katika mchakato wa kukimbia katika sehemu hii ya mchoro.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\) Cluster M41. (a) Cluster M41 ni mkubwa kuliko NGC 2264 (angalia Kielelezo\(\PageIndex{3}\)) na ina makubwa kadhaa nyekundu. Baadhi ya nyota zake kubwa zaidi hazipo karibu tena na mlolongo mkuu wa umri wa sifuri (mstari mwekuNDU). (b) Picha hii yenye makao ya ardhi inaonyesha nguzo iliyo wazi ya M41. Kumbuka kuwa ina nyota kadhaa za rangi ya machungwa. Hizi ni nyota ambazo zimechoka hidrojeni katika vituo vyake, na zimeongezeka hadi kuwa majitu mekuNDU. (mikopo b: mabadiliko ya kazi na NOAO/AURA/NSF)

Mifumo ya H—R ya Makundi ya Wakubwa

Baada ya miaka bilioni 4 kupita, nyota nyingi zaidi, ikiwa ni pamoja na nyota ambazo ni mara chache zaidi kuliko Jua, zimeacha mlolongo mkuu (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)). Hii inamaanisha kuwa hakuna nyota zilizosalia karibu na kilele cha mlolongo mkuu; tu nyota za masi za chini karibu na chini zinabaki. Mzee nguzo, chini hatua juu ya mlolongo kuu (na chini masi ya nyota) ambapo nyota zinaanza kusonga kuelekea kanda kubwa nyekundu. Eneo katika mchoro wa H—R ambako nyota zimeanza kuacha mlolongo mkuu huitwa kuzima mlolongo kuu.

Kielelezo\(\PageIndex{6}\) H—R Mchoro kwa Cluster Wakubwa. Tunaona mchoro wa H—R kwa nguzo ya zamani ya nadharia akiwa na umri wa miaka bilioni 4.24. Kumbuka kuwa nyota nyingi zilizo kwenye sehemu ya juu ya mlolongo kuu zimezimwa kuelekea kanda nyekundu-giant. Na nyota kubwa zaidi katika nguzo tayari zimekufa na hazipo tena kwenye mchoro.

Makundi ya zamani zaidi ya yote ni makundi ya globular. Kielelezo\(\PageIndex{7}\) kinaonyesha mchoro wa H—R wa nguzo ya globular 47 Tucanae. Kumbuka kwamba luminosity na mizani ya joto ni tofauti na yale ya michoro nyingine H - R katika sura hii. Katika Kielelezo\(\PageIndex{6}\), kwa mfano, kiwango cha mwanga upande wa kushoto wa mchoro huenda kutoka mara 0.1 hadi 100,000 mwanga wa jua. Lakini katika Kielelezo\(\PageIndex{7}\), kiwango cha luminosity kimepungua kwa kiasi kikubwa. Nyota nyingi katika nguzo hii ya zamani zimekuwa na muda wa kuzima mlolongo kuu kwamba tu chini kabisa ya mlolongo kuu bado.

Kielelezo\(\PageIndex{7}\) Cluster 47 Tucanae. Mchoro huu wa H—R ni kwa ajili ya nguzo ya globular 47. Kumbuka kwamba ukubwa wa luminosity hutofautiana na ule wa michoro nyingine za H - R katika sura hii. Tunazingatia tu sehemu ya chini ya mlolongo mkuu, sehemu pekee ambapo nyota bado zinabaki katika nguzo hii ya zamani.

Angalia video hii fupi ya NASA na taswira ya 3-D ya jinsi mchoro wa H—R umeundwa kwa ajili ya nguzo ya globular Omega Centauri.

Ni umri gani makundi tofauti tuliyokuwa tukijadili? Ili kupata umri wao halisi (katika miaka), lazima tulinganishe maonyesho ya michoro zetu za H - R za umri tofauti ili kuzingatiwa michoro ya H - R ya makundi halisi. Katika mazoezi, wanaastronomia hutumia nafasi ya juu ya mlolongo kuu (yaani, mwanga ambao nyota zinaanza kuhamia mlolongo kuu kuwa giants nyekundu) kama kipimo cha umri wa nguzo (mzunguko wa mlolongo kuu tuliyojadiliwa hapo awali). Kwa mfano, tunaweza kulinganisha luminosities ya nyota angavu zaidi ambazo bado ziko kwenye mlolongo kuu katika Takwimu\(\PageIndex{3}\) na\(\PageIndex{6}\).

Kutumia njia hii, vyama vingine na makundi ya wazi hugeuka kuwa mdogo kama umri wa miaka milioni 1, wakati wengine wana umri wa miaka milioni mia kadhaa. Mara baada ya yote ya jambo interstellar jirani nguzo imekuwa kutumika kuunda nyota au ina kutawanyika na kuhamia mbali na nguzo, nyota malezi haachi, na nyota ya molekuli kuendelea chini hoja mbali mlolongo kuu, kama inavyoonekana katika Takwimu\(\PageIndex{3}\)\(\PageIndex{5}\),, na\(\PageIndex{6}\).

Kwa mshangao wetu, hata mdogo zaidi wa makundi ya globular katika Galaxy yetu wanaonekana kuwa wakubwa kuliko nguzo ya zamani zaidi ya wazi. Makundi yote ya globular yana utaratibu kuu unaozima kwa mwanga mdogo kuliko ule wa Jua. Uundaji wa nyota katika mifumo hii iliyojaa msongamano ilikoma mabilioni ya miaka iliyopita, na hakuna nyota mpya zinazokuja kwenye mlolongo kuu ili kuchukua nafasi ya wale ambao wamezimwa (Kielelezo\(\PageIndex{8}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{8}\) H—R michoro kwa Makundi ya Zama tofauti. Mchoro huu unaonyesha jinsi hatua ya kugeuka kutoka mlolongo kuu inapata chini kama sisi kufanya michoro H - R kwa makundi ambayo ni wakubwa na wakubwa.

Hakika, makundi ya globular ni miundo ya zamani zaidi katika Galaxy yetu (na katika galaxi nyingine pia). Mdogo wana umri wa miaka takriban bilioni 11 na wengine huonekana kuwa wakubwa zaidi. Kwa kuwa haya ni vitu vya kale zaidi tunavyojua, makadirio haya ni mojawapo ya mipaka bora tunayo juu ya umri wa ulimwengu wenyewe—ni lazima iwe angalau miaka bilioni 11. Tutarudi swali linalovutia la kuamua umri wa ulimwengu mzima katika sura ya Big Bang.

Dhana muhimu na Muhtasari

Mchoro wa H—R wa nyota katika nguzo hubadilika kwa utaratibu kadiri nguzo inavyokua zaidi. Nyota kubwa zaidi zinabadilika kwa kasi zaidi. Katika makundi madogo na vyama, nyota za bluu zenye kuangaza ziko kwenye mlolongo kuu; nyota zilizo na raia wa chini kabisa zinalala haki ya mlolongo kuu na bado zinaambukizwa. Kwa muda uliopita, nyota za raia wa chini zinaendelea mbali na (au kuzima) mlolongo kuu. Katika makundi ya globular, ambayo yote ni angalau miaka bilioni 11, hakuna nyota za bluu zenye mwanga kabisa. Wanaastronomia wanaweza kutumia hatua ya kuzima kutoka kwenye mlolongo mkuu ili kuamua umri wa nguzo.

faharasa

kuzima mlolongo kuu

eneo katika mchoro wa H - R ambapo nyota zinaanza kuondoka mlolongo kuu