Diagram Hertzsprunga-Russella


Diagram Hertzsprunga-Russell

     Zaobserwowano pewną zależność pomiędzy temperaturą powierzchni gwiazd (pośrednio też typem widmowym), a jasnością, czyli mocą promieniowania gwiazd.

Na podstawie tych zależności powstał wykres. Obserwujemy, że gwiazdy grupują się w określonych miejscach diagramu. Wnioskujemy zatem, że zależność temperatury od jasności gwiazd nie jest przypadkowa, losowa, ale wykazuje pewne tendencje. Nie każda kombinacja temperatury z jasnością jest w kosmosie obecna. Zdecydowana większość gwiazd grupuje się tworząc na wykresie pasmo biegnące od lewego górnego rogu do prawego dolnego. Pierwotnie grupa ta nazywana była grupą karłów, a obecnie nazywamy ją ciągiem głównym. Ciąg główny reprezentuje gwiazdy o jasności umownie oznaczanej wartością V. Należy do niego także Słońce.

Dalsze badania wykazały, że oprócz ciągu głównego, w kosmosie występują inne grupy gwiazd.

  • 0- hiperolbrzymy. Najjaśniejsze spośród gwiazd.
  • I- nadolbrzymy
  • II- jasne olbrzymy
  • III- olbrzymy
  • IV- podolbrzymy
  • V- karły (tzw. ciąg główny)
  • V- podkarły
  • VII- białe karły

Jak obserwujemy z diagramu, oprócz ciągu głównego, liczne są również olbrzymy (III). W pełnym opisie typu widmowego gwiazdy, oprócz wskaźnika związanego stricte z temperaturą (O, B, A, F, G, K, M) podawana jest też klasa jasności (I, II, III …). Czynione jest to po to, aby bardziej precyzyjnie opisać własności gwiazdy i żeby uniknąć nieścisłości. Dla przykładu: gwiazda typu widmowego G (taka jak Słońce) może być zarówno o wiele jaśniejszym od Słońca olbrzymem, jak i niezwykle słabo świecącym białym karłem. Jednakowa dla wszystkich trzech przypadków temperatura powierzchni sprawia, że widmo spektroskopowe będzie identyczne. Jedyna różnica tkwi w szerokości obserwowanych pasm widma. Im węższe linie, tym jaśniejsza gwiazda. I właśnie ta szerokość linii spektralnych pozwala ocenić, czy badany obiekt jest karłem, olbrzymem, czy nadolbrzymem (lub należy do którejkolwiek innej klasy jasności).

 

Nowo powstałe gwiazdy mają określone miejsce na wykresie H-R. Położenie to (a więc typ widmowy oraz jasność) uwarunkowane masą gwiazd. Większe gwiazdy możemy zlokalizować bliżej lewego górnego rogu, natomiast te mniej masywne, w okolicach prawego dolnego roku diagramu. Gwiazdy większość swojego życia spędzają w obszarze ciągu głównego. Pod koniec swej egzystencji, stopniowo przesuwają się w kierunku obszaru olbrzymów. Gwiazda tak długo należy do ciągu głównego, dokąd starczy jej wodoru do reakcji termojądrowych. Wbrew pozorom, masywniejsze gwiazdy żyją krócej niż te o małej masie. Możemy więc kolokwialnie stwierdzić, że duże gwiazdy żyją krótko lecz intensywnie.

Warto wspomnieć, że nie z każdej protogwiazdy uformuje się gwiazda. Niektóre obiekty mają tak niską masę (mniejszą od 0,08 mas Słońca), że nie ma warunków na rozpoczęcie syntezy termojądrowej. Taka “nieudana” gwiazda nie zajmie miejsca w ciągu głównym.

0 Hiperolbrzymy: najjaśniejsze ze wszystkich gwiazd. Niezwykle rzadko spotykane. Przykładem takich gwiazd są: Eta Carinae lub VY Canis Majoris. Gwiazda UY Scuti, która jest blisko 30-krotnie masywniejsza i 1700razy większa od Słońca jest uznana za największą znaną gwiazdę. Jest tak ogromn,a że gdyby umieścić ją w miejscu Słońca, sięgałaby orbity Saturna. Hiperolbrzymy żyją bardzo krótko („krótko” rozumiane w skali kosmicznej), bo tylko około miliona lat.

I Nadolbrzymy: bardzo jasne i masywne gwiazdy u końca swego życia. W zależności od stadium ewolucyjnego, mogą należeć do różnych typów widmowych (niemalże pełen przedział, od B do M). Znanym przykładem nadolbrzyma jest błękitna Rigel (B8 Ia) oraz czerwona Betelgeza (M2 Ib). Jak widać z załączonych typów widmowych, klasa nadolbrzymów dzieli się na dwie podklasy (Ia oraz Ib), różniące się jasnością.

II Jasne olbrzymy: Posiadają jasność plasującą się pomiędzy jasnością nadolbrzymów podklasy Ib oraz olbrzymami klasy III. Przykład: Sargas z konstelacji Skorpiona (F1 II).

III Olbrzymy: liczna grupa gwiazd. Temperatury powierzchni tych gwiazd są zwykle niskie. Najwięcej olbrzymów obserwuje się w przedziale typów widmowych od G do M. Masy olbrzymów są zwykle niewielkie. Olbrzymy mogą być końcowym etapem życia małych gwiazd, które tracąc paliwo jądrowe i opuszczając ciąg główny, powiększają się przyjmując stadium olbrzyma. Przykładem olbrzyma jest Aldebaran (typ widmowy: K5 III). Istnieją też błękitne olbrzymy. Ich masy są znacznie większe od mas czerwonych i pomarańczowych olbrzymów. Żyją w porównaniu do nich znacznie krócej. Przykład: Bellatrix (typ widmowy: B2 III).

IV Poolbrzymy: etap przejściowy w ewolucji do statusu olbrzymów lub nadolbrzymów. Nieco jaśniejsze od gwiazd ciągu głównego. Etap syntezy termojądrowej wodoru w tych gwiazdach dobiega końca.

V Karły: nazywane, jak już było wspomniane, gwiazdami ciągu głównego. Gwiazdy przez większość swego życia należą do tej klasy jasności. I pozostają one w grupie karłów, dopóki nie wyczerpie im się wodór będący substratem fuzji termojądrowych. Wodór szybciej wyczerpuje się gwiazdom o większych masach. Lżejsze gwiazdy ciągu głównego żyją nieporównywalnie dłużej. Do gwiazd ciągu głównego należy także Słońce typ widmowy: G2 V).

VI Podkarły: bardzo stare o niskim stężeniu metali (czyli pierwiastków o liczbach atomowych wyższych od helu).

VII białe karły: etap końcowy w ewolucji gwiazd o małej lub średniej masie (0.08-8 mas Słońca). Zbudowane są z materii zdegenerowanej (ale nie jest to materia neutronowa!). Materia białych karłów jest zbudowana z jąder atomowych oraz wolnych elektronów. Białe karły posiadają rozmiary rzędów rozmiaru Ziemi oraz masę zbliżoną do masy Słońca. Zatem gęstość tych gwiazd jest setki tysięcy wyższa od gęstości wody. Przykładem białego karła jest Syriusz B, rotujący wokół Syriusza.

————————————————-

Źródło:

  1. Fizyka w szkole z astronomią, nr 1 styczeń/luty 2015, str. 20-22
  2. Wykład Tadeusza Smeli z PTMA w Szczecinie, “Ewolucja gwiazd”, wrzesień 2012.
  3. Urania, 11-12/1971, str. 274.

 

Share This:

Może Ci się również spodoba

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.