แถบลำดับหลักและแผนภาพเฮิร์ตสปรอง-รัสเซลล์

ดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ใช้เวลาส่วนใหญ่ในชีวิตไปกับการหลอมรวมไฮโดรเจนในแกนกลาง ซึ่งทำให้พวกมันอยู่ในแถบแนวทแยงเดี่ยวที่เรียกว่าแถบลำดับหลัก บนแผนภาพความส่องสว่างเทียบกับอุณหภูมิที่จัดระเบียบดาราศาสตร์ดาวฤกษ์ทั้งหมด

Definition

แถบลำดับหลักคือแถบในแผนภาพเฮิร์ตสปรอง-รัสเซลล์ที่ดาวฤกษ์ใช้พลังงานโดยการหลอมรวมไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมในแกนกลาง และแผนภาพเองคือการพล็อตความส่องสว่างของดาวฤกษ์เทียบกับอุณหภูมิพื้นผิวหรือสี

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมแผนภาพเฮิร์ตสปรอง-รัสเซลล์และแผนภาพสี-ความส่องสว่างที่เป็นคู่ทางสังเกตการณ์ แถบลำดับหลักในฐานะตำแหน่งของการเผาไหม้ไฮโดรเจนในแกนกลาง ความสัมพันธ์มวล-ความส่องสว่างที่จัดเรียงดาวฤกษ์ตามแถบนั้น แถบลำดับหลักอายุศูนย์และช่วงชีวิตของแถบลำดับหลัก และการใช้จุดเลี้ยวออกจากแถบลำดับหลักของกระจุกดาวเพื่อกำหนดอายุ

Core questions

• ทำไมดาวฤกษ์ส่วนใหญ่จึงอยู่ตามแถบลำดับหลัก?
• คุณสมบัติใดของดาวฤกษ์ที่กำหนดตำแหน่งของมันบนแถบลำดับหลัก?
• ช่วงชีวิตของแถบลำดับหลักขึ้นอยู่กับมวลของดาวฤกษ์อย่างไร?
• อายุของกระจุกดาวอ่านได้จากจุดเลี้ยวออกจากแถบลำดับหลักได้อย่างไร?

Key concepts

• แถบลำดับหลัก
• แผนภาพเฮิร์ตสปรอง-รัสเซลล์
• แผนภาพสี-ความส่องสว่าง
• ความสัมพันธ์มวล-ความส่องสว่าง
• แถบลำดับหลักอายุศูนย์
• จุดเลี้ยวออกจากแถบลำดับหลัก
• ประเภทสเปกตรัม

Key theories

แถบลำดับหลักในฐานะการเผาไหม้ไฮโดรเจนในแกนกลาง

ดาวฤกษ์จะเข้าสู่แถบลำดับหลักเมื่อการหลอมรวมไฮโดรเจนที่คงที่ในแกนกลางให้ความส่องสว่างของพวกมันในสมดุลอุทกสถิตและความร้อน; เนื่องจากนี่คือช่วงที่เสถียรและมีอายุยาวนานที่สุด แถบลำดับหลักจึงเป็นที่ที่พบดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ในทุกช่วงเวลา

ความสัมพันธ์มวล-ความส่องสว่างและอายุของจุดเลี้ยวออกจากแถบลำดับหลัก

ตามแถบลำดับหลัก ความส่องสว่างจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามมวล ดังนั้นดาวฤกษ์ที่มีมวลมากจะสว่างกว่าแต่มีอายุสั้นกว่า; ในกระจุกดาวที่มีอายุเท่ากัน ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากที่สุดที่ยังคงอยู่จะกำหนดจุดเลี้ยวออกจากแถบลำดับหลัก ซึ่งตำแหน่งของจุดนี้จะบอกอายุของกระจุกดาว

Mechanisms

ดาวฤกษ์ที่ก่อตัวขึ้นใหม่จะหดตัวลงจนแกนกลางร้อนพอสำหรับการหลอมรวมไฮโดรเจน ณ จุดนั้นมันจะเข้าสู่แถบลำดับหลักอายุศูนย์ด้วยความส่องสว่างที่กำหนดโดยมวลของมันเป็นหลัก มันจะคงอยู่ที่นั่น สว่างขึ้นอย่างช้าๆ จนกระทั่งไฮโดรเจนในแกนกลางหมดลง หลังจากนั้นมันจะออกจากแถบลำดับหลัก ในกระจุกดาว การหมดลงนี้จะดำเนินไปจากดาวฤกษ์ที่มีมวลมากที่สุดลงมา กวาดจุดเลี้ยวออกจากแถบลำดับหลักไปยังมวลที่ต่ำลงเมื่อเวลาผ่านไป

Clinical relevance

แถบลำดับหลักเป็นแกนหลักของการจำแนกประเภทดาวฤกษ์และเป็นเครื่องมือหลักในการวัดอายุและระยะทาง: การปรับแถบลำดับหลักจะสอบเทียบระยะทางของกระจุกดาว อายุของจุดเลี้ยวออกจากแถบลำดับหลักจะระบุอายุของประชากรดาวฤกษ์และกาแล็กซี และแผนภาพจะจัดระเบียบการเปรียบเทียบทฤษฎีกับประชากรดาวฤกษ์ที่สังเกตได้

History

เฮิร์ตสปรองและรัสเซลล์ค้นพบความสัมพันธ์ความส่องสว่าง-อุณหภูมิโดยอิสระในช่วงต้นทศวรรษ 1910 โดยต่อยอดจากการจำแนกสเปกตรัมของแคนนอน; เพย์น-แกปอชกินต่อมาแสดงให้เห็นว่าดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยไฮโดรเจน ซึ่งอธิบายว่าทำไมการเผาไหม้ไฮโดรเจนจึงกำหนดแถบลำดับหลัก

Key figures

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

Seminal works

• russell1914
• hertzsprung1911

Frequently asked questions

แถบลำดับหลักเป็นเส้นทางวิวัฒนาการหรือไม่?

ไม่ มันไม่ใช่เส้นทางที่ดาวฤกษ์ดวงเดียวเคลื่อนที่ไปตามนั้น; มันคือชุดของตำแหน่งที่ดาวฤกษ์หลายดวงครอบครองในขณะที่พวกมันเผาไหม้ไฮโดรเจนในแกนกลาง โดยตำแหน่งของดาวฤกษ์แต่ละดวงจะถูกกำหนดโดยมวลของมันเป็นหลักและเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ ในช่วงนี้

แผนภาพ HR ของกระจุกดาวสามารถบอกอายุของมันได้อย่างไร?

ดาวฤกษ์ทั้งหมดในกระจุกดาวก่อตัวขึ้นพร้อมกัน ดังนั้นดาวฤกษ์ที่มีมวลมากที่สุดจะใช้ไฮโดรเจนในแกนกลางหมดก่อนและแยกตัวออกจากแถบลำดับหลัก; มวลที่ดาวฤกษ์กำลังจะจากไป ซึ่งเรียกว่าจุดเลี้ยวออกจากแถบลำดับหลัก สอดคล้องกับช่วงชีวิตที่ทราบซึ่งเท่ากับอายุของกระจุกดาว