Главная последовательность и диаграмма Герцшпрунга-Рассела

Большинство звезд проводят основную часть своей жизни, синтезируя водород в своих ядрах, что помещает их вдоль единой диагональной полосы, главной последовательности, на диаграмме светимости в зависимости от температуры, которая организует всю звездную астрономию.

Definition

Главная последовательность — это полоса на диаграмме Герцшпрунга-Рассела, занимаемая звездами, которые генерируют свою энергию путем слияния водорода в гелий в своих ядрах, а сама диаграмма представляет собой график светимости звезды в зависимости от температуры поверхности или цвета.

Scope

Тема охватывает диаграмму Герцшпрунга-Рассела и ее наблюдательный аналог — диаграмму цвет-величина, главную последовательность как местоположение горения водорода в ядре, соотношение масса-светимость, которое упорядочивает звезды вдоль нее, главную последовательность нулевого возраста и время жизни на главной последовательности, а также использование точки поворота главной последовательности скопления для определения возраста.

Core questions

• Почему большинство звезд располагаются вдоль главной последовательности?
• Какое свойство звезды определяет ее положение на главной последовательности?
• Как время жизни на главной последовательности зависит от звездной массы?
• Как определяется возраст звездного скопления по точке поворота его главной последовательности?

Key concepts

• главная последовательность
• диаграмма Герцшпрунга-Рассела
• диаграмма цвет-величина
• соотношение масса-светимость
• главная последовательность нулевого возраста
• точка поворота главной последовательности
• спектральный тип

Key theories

Главная последовательность как горение водорода в ядре

Звезды стабилизируются на главной последовательности, когда устойчивое слияние водорода в ядре обеспечивает их светимость в гидростатическом и тепловом равновесии; поскольку это самая долгоживущая стабильная фаза, главная последовательность — это то место, где в любой момент времени находится большинство звезд.

Соотношение масса-светимость и возрасты по точке поворота

Вдоль главной последовательности светимость резко возрастает с массой, поэтому массивные звезды ярче, но живут короче; в одновозрастном скоплении самые массивные выжившие звезды определяют точку поворота, положение которой указывает возраст скопления.

Mechanisms

Вновь образовавшаяся звезда сжимается до тех пор, пока ее ядро не станет достаточно горячим для синтеза водорода, после чего она стабилизируется на главной последовательности нулевого возраста со светимостью, определяемой главным образом ее массой. Она остается там, медленно увеличивая яркость, пока водород в ядре не исчерпается, после чего она покидает главную последовательность; в скоплении это истощение происходит от самых массивных звезд вниз, смещая точку поворота к меньшим массам со временем.

Clinical relevance

Главная последовательность является основой звездной классификации и основным инструментом для измерения возрастов и расстояний: подгонка главной последовательности калибрует расстояния до скоплений, возрасты по точке поворота датируют звездные популяции и Галактику, а диаграмма организует сравнение теории с наблюдаемыми звездными популяциями.

History

Герцшпрунг и Рассел независимо друг от друга открыли соотношение светимость-температура в начале 1910-х годов, основываясь на спектральной классификации Кэннон; Пейн-Гапошкина позже показала, что звезды состоят главным образом из водорода, объясняя, почему горение водорода определяет главную последовательность.

Key figures

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

Seminal works

• russell1914
• hertzsprung1911

Frequently asked questions

Является ли главная последовательность эволюционным треком?

Нет, это не путь, по которому движется отдельная звезда; это набор положений, занимаемых множеством различных звезд, пока они сжигают водород в своих ядрах, причем место каждой звезды определяется главным образом ее массой и меняется лишь медленно в течение этой фазы.

Как диаграмма Герцшпрунга-Рассела скопления может дать его возраст?

Все звезды в скоплении образовались одновременно, поэтому самые массивные из них первыми исчерпывают водород в своих ядрах и покидают главную последовательность; масса, при которой звезды только начинают покидать главную последовательность (точка поворота), соответствует известному времени жизни, равному возрасту скопления.