โฟโตเมตรีของดาวฤกษ์และมาตราส่วนระยะทาง

การวัดความสว่างและสีที่ปรากฏของดาวฤกษ์ และนำไปเปรียบเทียบกับความสว่างที่แท้จริงของดาวฤกษ์นั้น จะทำให้ทราบระยะทางของดาวฤกษ์ ซึ่งเป็นการสร้างลำดับขั้นของเทคนิคที่ใช้วัดมาตราส่วนของเอกภพ

Definition

โฟโตเมตรีของดาวฤกษ์คือการวัดความสว่างและสีของดาวฤกษ์ผ่านแถบความถี่มาตรฐาน และมาตราส่วนระยะทางคือลำดับชั้นของวิธีการที่ได้รับการปรับเทียบซึ่งใช้การวัดเหล่านี้และการวัดอื่นๆ เพื่อกำหนดระยะทางทางดาราศาสตร์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมระบบแมกนิจูดและแถบความถี่โฟโตเมตริก ความแตกต่างระหว่างแมกนิจูดปรากฏและแมกนิจูดสัมบูรณ์และโมดูลัสระยะทาง ดัชนีสีและการลดทอนความสว่าง พารัลแลกซ์ตรีโกณมิติ และห่วงโซ่ของเทียนมาตรฐาน ซึ่งรวมถึงดาวแปรแสงเซเฟอิดและ RR Lyrae และซูเปอร์โนวาชนิด Ia ที่ประกอบกันเป็นบันไดระยะทางคอสมิก

Core questions

• ความสว่างของดาวฤกษ์ถูกวัดปริมาณอย่างไร?
• การเปรียบเทียบความสว่างปรากฏและความสว่างที่แท้จริงให้ระยะทางได้อย่างไร?
• เทียนมาตรฐานคืออะไร?
• บันไดระยะทางคอสมิกถูกสร้างขึ้นได้อย่างไร?

Key concepts

• แมกนิจูดปรากฏและสัมบูรณ์
• แถบความถี่โฟโตเมตริก
• ดัชนีสี
• โมดูลัสระยะทาง
• พารัลแลกซ์ตรีโกณมิติ
• เทียนมาตรฐาน
• ความสัมพันธ์ระหว่างคาบ-ความส่องสว่าง

Key theories

แมกนิจูด สี และโมดูลัสระยะทาง

ความสว่างของดาวฤกษ์วัดได้จากมาตราส่วนแมกนิจูดแบบลอการิทึมในแถบความถี่ที่กำหนด ความแตกต่างระหว่างแมกนิจูดปรากฏและแมกนิจูดสัมบูรณ์ ซึ่งก็คือโมดูลัสระยะทาง จะให้ระยะทาง ในขณะที่ดัชนีสีจะวัดอุณหภูมิและเผยให้เห็นการแดงขึ้นเนื่องจากฝุ่นระหว่างดาว

เทียนมาตรฐานและบันไดระยะทาง

วัตถุที่มีความส่องสว่างภายในที่ทราบ เช่น ดาวเซเฟอิดที่ปฏิบัติตามความสัมพันธ์ระหว่างคาบ-ความส่องสว่างของเลวิตต์ และซูเปอร์โนวาชนิด Ia ทำหน้าที่เป็นเทียนมาตรฐาน ซึ่งได้รับการปรับเทียบโดยพารัลแลกซ์ที่ระยะทางสั้นๆ จะขยายมาตราส่วนระยะทางไปยังกาแล็กซีและวัดการขยายตัวของเอกภพ

Mechanisms

ความสว่างปรากฏของดาวฤกษ์ขึ้นอยู่กับทั้งความส่องสว่างที่แท้จริงและระยะทาง ดังนั้นหากทราบความส่องสว่าง ระยะทางจะสามารถหาได้จากกฎกำลังสองผกผัน ระยะทางใกล้เคียงจะถูกยึดโยงด้วยพารัลแลกซ์ ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งปรากฏของดาวฤกษ์เมื่อโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ สิ่งเหล่านี้ใช้ในการปรับเทียบเทียนมาตรฐาน ซึ่งความส่องสว่างที่ทราบจะสามารถขยายไปถึงระยะทางที่ไกลขึ้นเรื่อยๆ โดยแต่ละขั้นของบันไดจะช่วยเสริมซึ่งกันและกัน

Clinical relevance

โฟโตเมตรีและมาตราส่วนระยะทางจะแปลงความสว่างที่สังเกตได้ให้เป็นความส่องสว่างทางกายภาพ ขนาด และระยะทางที่เป็นรากฐานของฟิสิกส์ดาราศาสตร์ทั้งหมด บันไดระยะทางคอสมิกให้ค่าคงที่ฮับเบิลและมาตราส่วนและอายุของเอกภพ และความไม่สอดคล้องกันในปัจจุบันระหว่างค่าที่ได้จากเอกภพใกล้เคียงและเอกภพยุคแรกเริ่มเป็นปัญหาสำคัญในจักรวาลวิทยา

History

ฮิปปาร์คัสได้นำเสนอมาตราส่วนแมกนิจูดในสมัยโบราณ เลวิตต์ค้นพบความสัมพันธ์ระหว่างคาบ-ความส่องสว่างของดาวเซเฟอิดในปี 1912 ซึ่งฮับเบิลใช้ในการวัดระยะทางของกาแล็กซีและการขยายตัวของเอกภพ และภารกิจพารัลแลกซ์สมัยใหม่และการสำรวจซูเปอร์โนวาได้ปรับปรุงบันไดระยะทางและทำให้ค่าคงที่ฮับเบิลมีความแม่นยำยิ่งขึ้น

Debates

ความตึงเครียดของฮับเบิล

การวัดค่าคงที่ฮับเบิลด้วยบันไดระยะทางมีความไม่สอดคล้องกันอย่างมีนัยสำคัญกับค่าที่ได้จากพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิกของเอกภพยุคแรกเริ่ม ไม่ว่าสิ่งนี้จะสะท้อนถึงความผิดพลาดในการวัดที่ไม่ได้รับการยอมรับหรือฟิสิกส์ใหม่ยังคงเป็นคำถามเปิดที่สำคัญ

Key figures

• Henrietta Swan Leavitt
• Edwin Hubble
• Walter Baade
• Wendy Freedman

Seminal works

• leavitt1912
• freedman2010

Frequently asked questions

เหตุใดดาวที่สว่างกว่าจึงมีแมกนิจูดน้อยกว่า?

มาตราส่วนแมกนิจูดสืบทอดมาจากการจัดอันดับในสมัยโบราณที่ดาวที่สว่างที่สุดเป็นแมกนิจูดที่หนึ่งและดาวที่จางกว่ามีตัวเลขที่สูงกว่า เป็นมาตราส่วนลอการิทึมและย้อนกลับ ดังนั้นแมกนิจูดที่น้อยกว่าและแม้แต่ค่าลบหมายถึงวัตถุที่สว่างกว่า

เทียนมาตรฐานคืออะไร?

เป็นวัตถุที่มีความส่องสว่างที่แท้จริงเป็นที่ทราบหรือสามารถอนุมานได้ เช่น ดาวแปรแสงเซเฟอิดหรือซูเปอร์โนวาชนิด Ia การเปรียบเทียบความส่องสว่างที่ทราบกับความสว่างที่สังเกตได้จะให้ระยะทาง ทำให้เป็นไม้บรรทัดสำหรับวัดเอกภพ