Diagramming the Lives of Stars

Stjärnorna är de mest fantastiska fysiska motorerna i universum. De strålar ut ljus och värme, och de skapar kemiska element i sina kärnor. Men när observatörer tittar på dem på natthimlen, är allt de ser tusentals ljuspunkter. Vissa verkar rödaktiga, andra gula eller vita eller till och med blå. Dessa färger ger faktiskt ledtrådar till stjärnorna och åldrarna hos stjärnorna och var de befinner sig i deras livslängd. Astronomer "sorterar" stjärnor efter sina färger och temperaturer, och resultatet är en berömd graf som kallas Hertzsprung-Russell Diagram. H-R-diagrammet är ett diagram som varje astronomistudent lär sig tidigt.

Lär dig det grundläggande H-R-diagrammet

I allmänhet är H-R-diagrammet ett "diagram" av temperatur kontra ljusstyrka. Tänk på "ljusstyrka" som ett sätt att definiera ett objekts ljusstyrka. Temperatur är något vi alla känner till, generellt som värme från ett objekt. Det hjälper till att definiera något som kallas en stjärns spektralklass, som astronomer också räknar ut genom att studera våglängderna i ljuset som kommer från stjärnan. Så i ett vanligt H-R-diagram är spektralklasser märkta från hetaste till coolaste stjärnorna med bokstäverna O, B, A, F, G, K, M (och ut till L, N och R). Dessa klasser representerar också specifika färger. I vissa H-R-diagram är bokstäverna ordnade över diagrammets översta rad. Heta blåvita stjärnor ligger till vänster och de kallare tenderar att vara mer mot höger sida av diagrammet.

Det grundläggande H-R-diagrammet är märkt som det som visas här. Den nästan diagonala linjen kallas huvudsekvensen. Nästan 90 procent av stjärnorna i universum finns längs den linjen vid en tidpunkt i deras liv. De gör detta medan de fortfarande smälter väte till helium i sina kärnor. Så småningom slutar de på väte och börjar smälta helium. Det är när de utvecklas till att bli jättar och superjättar. På diagrammet hamnar sådana "avancerade" stjärnor i det övre högra hörnet. Stjärnor som solen kan ta den här vägen och sedan i slutändan krympa ner för att bli vita dvärgar som visas i nedre vänstra delen av diagrammet.

Forskarna och vetenskapen bakom H-R-diagrammet

H-R-diagrammet utvecklades 1910 av astronomerna Ejnar Hertzsprung och Henry Norris Russell. Båda männen arbetade med spektra av stjärnor - det vill säga de studerade ljuset från stjärnorna med hjälp av spektrografer. Dessa instrument bryter ner ljuset i dess komponentvåglängder. Hur stellvåglängderna verkar ger ledtrådar till de kemiska elementen i stjärnan. De kan också avslöja information om dess temperatur, rörelse genom rymden och dess magnetfältstyrka. Genom att plotta stjärnorna på H-R-diagrammet enligt deras temperaturer, spektralklasser och ljusstyrka, kan astronomer klassificera stjärnor i deras olika typer.

Idag finns det olika versioner av diagrammet, beroende på vilka specifika egenskaper astronomer vill kartlägga. Varje diagram har en liknande layout, med de ljusaste stjärnorna som sträcker sig uppåt och vrider sig upp till vänster uppe och några i de nedre hörnen.

Språket i H-R-diagrammet

H-R-diagrammet använder termer som är bekanta för alla astronomer, så det är värt att lära sig "språket" i diagrammet. De flesta observatörer har förmodligen hört uttrycket "magnitude" när det tillämpas på stjärnor. Det är ett mått på en stjärns ljusstyrka. Men en stjärna kan dyka upp ljus av några orsaker:

•  Det kan vara ganska nära och därmed se ljusare ut än längre bort
•  Det kan vara ljusare eftersom det är varmare.

För H-R-diagrammet är astronomer främst intresserade av en stjärns "inneboende" ljusstyrka - det vill säga dess ljusstyrka på grund av hur varmt den faktiskt är. Det är därför ljusstyrka (nämnts tidigare) ritas längs y-axeln. Ju massivare stjärnan är, desto ljusare är den. Det är därför de hetaste, ljusaste stjärnorna ritas in bland jättarna och superjättarna i H-R-diagrammet.

Temperatur och / eller spektralklass härleds, som nämnts ovan, genom att titta mycket på stjärnans ljus. Dolda inom dess våglängder finns ledtrådar om elementen i stjärnan. Väte är det vanligaste elementet, vilket visas av astronomen Cecelia Payne-Gaposchkins arbete i början av 1900-talet. Väte är smält för att skapa helium i kärnan, så det är därför astronomer ser helium i en stjärnspektrum också. Spektralklassen är mycket nära besläktad med en stjärntemperatur, varför de ljusaste stjärnorna är i klasserna O och B. De coolaste stjärnorna är i klasserna K och M. De väldigaste föremålen är också svaga och små och inkluderar till och med bruna dvärgar..

En sak att tänka på är att H-R-diagrammet kan visa oss vilken stjärntyp en stjärna kan bli, men det förutsätter inte nödvändigtvis några förändringar i en stjärna. Det är därför vi har astrofysik - som tillämpar fysiklagarna på stjärnorna.