Huvudserien och Hertzsprung-Russell-diagrammet

De flesta stjärnor tillbringar huvuddelen av sina liv med att fusionera väte i sina kärnor, vilket placerar dem längs ett enda diagonalt band, huvudserien, på diagrammet över luminositet mot temperatur som organiserar all stjärnastronomi.

Definition

Huvudserien är det band på Hertzsprung-Russell-diagrammet som upptas av stjärnor som genererar sin energi genom att fusionera väte till helium i sina kärnor, och diagrammet i sig är en graf över stjärnans luminositet mot yttemperatur eller färg.

Scope

Ämnet omfattar Hertzsprung-Russell-diagrammet och dess observationella motsvarighet färg-magnituddiagrammet, huvudserien som platsen för kärnväteförbränning, mass-luminositetsrelationen som ordnar stjärnor längs den, nollåldershuvudserien och huvudserielivslängden, samt användningen av stjärnhopens huvudserieavvikelse för att bestämma åldrar.

Core questions

• Varför ligger de flesta stjärnor längs huvudserien?
• Vilken egenskap hos en stjärna bestämmer dess position på huvudserien?
• Hur beror huvudserielivslängden på stjärnans massa?
• Hur avläses åldern på en stjärnhop från dess huvudserieavvikelse?

Key concepts

• huvudserien
• Hertzsprung-Russell-diagrammet
• färg-magnituddiagram
• mass-luminositetsrelation
• nollåldershuvudserien
• huvudserieavvikelse
• spektraltyp

Key theories

Huvudserien som kärnväteförbränning

Stjärnor stabiliseras på huvudserien när stabil vätefusion i kärnan tillhandahåller deras luminositet i hydrostatisk och termisk jämvikt; eftersom detta är den längst levande stabila fasen, är huvudserien där de flesta stjärnor befinner sig vid varje given tidpunkt.

Mass-luminositetsrelation och avvikelseåldrar

Längs huvudserien ökar luminositeten kraftigt med massan, så massiva stjärnor är ljusare men kortlivade; i en samåldrig stjärnhop definierar de mest massiva överlevande stjärnorna en avvikelsepunkt vars läge ger stjärnhopens ålder.

Mechanisms

En nybildad stjärna drar ihop sig tills dess kärna är tillräckligt varm för vätefusion, varpå den stabiliseras på nollåldershuvudserien med en luminositet som huvudsakligen bestäms av dess massa. Den förblir där, långsamt ljusnande, tills kärnvätet är uttömt, varefter den lämnar huvudserien; i en stjärnhop fortskrider denna uttömning från de mest massiva stjärnorna nedåt, vilket flyttar avvikelsen till lägre massor över tid.

Clinical relevance

Huvudserien är ryggraden i stjärnklassificeringen och ett primärt verktyg för att mäta åldrar och avstånd: huvudserietillpassning kalibrerar stjärnhopsavstånd, avvikelseåldrar daterar stjärnpopulationer och Galaxen, och diagrammet organiserar jämförelsen av teori med observerade stjärnpopulationer.

History

Hertzsprung och Russell upptäckte oberoende av varandra luminositet-temperatur-relationen i början av 1910-talet, byggande på Cannons spektralklassificering; Payne-Gaposchkin visade senare att stjärnor huvudsakligen består av väte, vilket förklarar varför väteförbränning definierar huvudserien.

Key figures

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

Seminal works

• russell1914
• hertzsprung1911

Frequently asked questions

Är huvudserien en evolutionär bana?

Nej, det är inte en bana som en enskild stjärna rör sig längs; det är uppsättningen av positioner som upptas av många olika stjärnor medan de förbränner väte i sina kärnor, där varje stjärnas plats huvudsakligen bestäms av dess massa och endast långsamt förändras under denna fas.

Hur kan HR-diagrammet för en stjärnhop ge dess ålder?

Alla stjärnor i en stjärnhop bildades samtidigt, så de mest massiva uttömmer sitt kärnväte först och lämnar huvudserien; massan vid vilken stjärnor precis lämnar, avvikelsen, motsvarar en känd livslängd som är lika med stjärnhopens ålder.