Κύρια Ακολουθία και το Διάγραμμα Hertzsprung-Russell

Τα περισσότερα αστέρια περνούν το μεγαλύτερο μέρος της ζωής τους συντήκοντας υδρογόνο στους πυρήνες τους, γεγονός που τα τοποθετεί κατά μήκος μιας ενιαίας διαγώνιας ζώνης, της κύριας ακολουθίας, στο διάγραμμα λαμπρότητας έναντι θερμοκρασίας που οργανώνει όλη την αστρική αστρονομία.

Definition

Η κύρια ακολουθία είναι η ζώνη στο διάγραμμα Hertzsprung-Russell που καταλαμβάνεται από αστέρια τα οποία παράγουν την ενέργειά τους συντήκοντας υδρογόνο σε ήλιο στους πυρήνες τους, και το ίδιο το διάγραμμα είναι μια γραφική παράσταση της αστρικής λαμπρότητας έναντι της επιφανειακής θερμοκρασίας ή του χρώματος.

Scope

Το θέμα καλύπτει το διάγραμμα Hertzsprung-Russell και το παρατηρησιακό του αντίστοιχο, το διάγραμμα χρώματος-μεγέθους, την κύρια ακολουθία ως τον τόπο καύσης υδρογόνου στον πυρήνα, τη σχέση μάζας-λαμπρότητας που ταξινομεί τα αστέρια κατά μήκος της, την κύρια ακολουθία μηδενικής ηλικίας και τη διάρκεια ζωής της κύριας ακολουθίας, καθώς και τη χρήση του σημείου στροφής της κύριας ακολουθίας των σμηνών για τον προσδιορισμό των ηλικιών.

Core questions

• Γιατί τα περισσότερα αστέρια βρίσκονται κατά μήκος της κύριας ακολουθίας;
• Ποια ιδιότητα ενός αστεριού καθορίζει τη θέση του στην κύρια ακολουθία;
• Πώς εξαρτάται η διάρκεια ζωής της κύριας ακολουθίας από την αστρική μάζα;
• Πώς προσδιορίζεται η ηλικία ενός αστρικού σμήνους από το σημείο στροφής της κύριας ακολουθίας του;

Key concepts

• κύρια ακολουθία
• Διάγραμμα Hertzsprung-Russell
• διάγραμμα χρώματος-μεγέθους
• σχέση μάζας-λαμπρότητας
• κύρια ακολουθία μηδενικής ηλικίας
• σημείο στροφής της κύριας ακολουθίας
• φασματικός τύπος

Key theories

Η κύρια ακολουθία ως καύση υδρογόνου στον πυρήνα

Τα αστέρια εγκαθίστανται στην κύρια ακολουθία όταν η σταθερή σύντηξη υδρογόνου στον πυρήνα παρέχει τη λαμπρότητά τους σε υδροστατική και θερμική ισορροπία. Επειδή αυτή είναι η μακροβιότερη σταθερή φάση, η κύρια ακολουθία είναι όπου βρίσκονται τα περισσότερα αστέρια ανά πάσα στιγμή.

Σχέση μάζας-λαμπρότητας και ηλικίες σημείου στροφής

Κατά μήκος της κύριας ακολουθίας η λαμπρότητα αυξάνεται απότομα με τη μάζα, οπότε τα μαζικά αστέρια είναι φωτεινότερα αλλά βραχύβια. Σε ένα ομογενές σμήνος, τα πιο μαζικά επιζώντα αστέρια ορίζουν ένα σημείο στροφής του οποίου η θέση δίνει την ηλικία του σμήνους.

Mechanisms

Ένα νεοσχηματισμένο αστέρι συστέλλεται μέχρι ο πυρήνας του να γίνει αρκετά θερμός για σύντηξη υδρογόνου, οπότε εγκαθίσταται στην κύρια ακολουθία μηδενικής ηλικίας με λαμπρότητα που καθορίζεται κυρίως από τη μάζα του. Παραμένει εκεί, φωτίζοντας αργά, μέχρι να εξαντληθεί το υδρογόνο του πυρήνα, μετά το οποίο εγκαταλείπει την κύρια ακολουθία. Σε ένα σμήνος αυτή η εξάντληση προχωρά από τα πιο μαζικά αστέρια προς τα κάτω, μετατοπίζοντας το σημείο στροφής σε χαμηλότερες μάζες με την πάροδο του χρόνου.

Clinical relevance

Η κύρια ακολουθία είναι η ραχοκοκαλιά της αστρικής ταξινόμησης και ένα πρωταρχικό εργαλείο για τη μέτρηση ηλικιών και αποστάσεων: η προσαρμογή της κύριας ακολουθίας βαθμονομεί τις αποστάσεις των σμηνών, οι ηλικίες του σημείου στροφής χρονολογούν τους αστρικούς πληθυσμούς και τον Γαλαξία, και το διάγραμμα οργανώνει τη σύγκριση της θεωρίας με τους παρατηρούμενους αστρικούς πληθυσμούς.

History

Οι Hertzsprung και Russell ανακάλυψαν ανεξάρτητα τη σχέση λαμπρότητας-θερμοκρασίας στις αρχές της δεκαετίας του 1910, βασιζόμενοι στη φασματική ταξινόμηση της Cannon. Η Payne-Gaposchkin αργότερα έδειξε ότι τα αστέρια αποτελούνται κυρίως από υδρογόνο, εξηγώντας γιατί η καύση υδρογόνου ορίζει την κύρια ακολουθία.

Key figures

• Ejnar Hertzsprung
• Henry Norris Russell
• Annie Jump Cannon
• Cecilia Payne-Gaposchkin

Seminal works

• russell1914
• hertzsprung1911

Frequently asked questions

Είναι η κύρια ακολουθία μια εξελικτική τροχιά;

Όχι, δεν είναι μια διαδρομή κατά μήκος της οποίας κινείται ένα μόνο αστέρι. Είναι το σύνολο των θέσεων που καταλαμβάνουν πολλά διαφορετικά αστέρια ενώ καίνε υδρογόνο στους πυρήνες τους, με τη θέση κάθε αστεριού να καθορίζεται κυρίως από τη μάζα του και να αλλάζει μόνο αργά κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης.

Πώς μπορεί το διάγραμμα HR ενός σμήνους να δώσει την ηλικία του;

Όλα τα αστέρια σε ένα σμήνος σχηματίστηκαν μαζί, οπότε τα πιο μαζικά εξαντλούν πρώτα το υδρογόνο του πυρήνα τους και αποχωρίζονται από την κύρια ακολουθία. Η μάζα στην οποία τα αστέρια μόλις φεύγουν, το σημείο στροφής, αντιστοιχεί σε μια γνωστή διάρκεια ζωής που ισούται με την ηλικία του σμήνους.