Головна послідовність і діаграма Герцшпрунга – Рассела

Більшість зірок проводять основну частину свого життя, синтезуючи водень у своїх ядрах, що розміщує їх уздовж єдиної діагональної смуги, головної послідовності, на діаграмі світності проти температури, яка організовує всю зоряну астрономію.

Definition

Головна послідовність — це смуга на діаграмі Герцшпрунга – Рассела, зайнята зірками, які генерують свою енергію шляхом синтезу водню в гелій у своїх ядрах, а сама діаграма є графіком зоряної світності проти поверхневої температури або кольору.

Scope

Тема охоплює діаграму Герцшпрунга – Рассела та її спостережний аналог — діаграму колір-величина, головну послідовність як місце спалювання водню в ядрі, співвідношення маса-світність, що впорядковує зірки вздовж неї, головну послідовність нульового віку та тривалість життя на головній послідовності, а також використання точки відгалуження головної послідовності скупчення для визначення віку.

Core questions

• Чому більшість зірок розташовані вздовж головної послідовності?
• Яка властивість зірки визначає її місце на головній послідовності?
• Як тривалість життя на головній послідовності залежить від зоряної маси?
• Як вік зоряного скупчення визначається за точкою відгалуження його головної послідовності?

Key concepts

• головна послідовність
• діаграма Герцшпрунга – Рассела
• діаграма колір-величина
• співвідношення маса-світність
• головна послідовність нульового віку
• точка відгалуження головної послідовності
• спектральний тип

Key theories

Головна послідовність як горіння водню в ядрі

Зірки осідають на головну послідовність, коли стабільний синтез водню в ядрі забезпечує їхню світність у гідростатичній та тепловій рівновазі; оскільки це найдовша стабільна фаза, головна послідовність є місцем, де більшість зірок знаходяться в будь-який час.

Співвідношення маса-світність і вік відгалуження

Уздовж головної послідовності світність різко зростає з масою, тому масивні зірки яскравіші, але мають коротший термін життя; у когезивному скупченні наймасивніші зірки, що вижили, визначають точку відгалуження, розташування якої дає вік скупчення.

Mechanisms

Новоутворена зірка стискається, доки її ядро не стане достатньо гарячим для синтезу водню, після чого вона осідає на головну послідовність нульового віку зі світністю, що визначається переважно її масою. Вона залишається там, повільно яскравішаючи, доки водень у ядрі не вичерпається, після чого вона залишає головну послідовність; у скупченні це вичерпання відбувається від наймасивніших зірок до менш масивних, з часом переміщуючи точку відгалуження до менших мас.

Clinical relevance

Головна послідовність є основою зоряної класифікації та основним інструментом для вимірювання віку та відстаней: підгонка головної послідовності калібрує відстані до скупчень, вік відгалуження датує зоряні популяції та Галактику, а діаграма організовує порівняння теорії зі спостережуваними зоряними популяціями.

History

Герцшпрунг і Рассел незалежно відкрили співвідношення світність-температура на початку 1910-х років, спираючись на спектральну класифікацію Кеннона; Пейн-Гапошкін пізніше показала, що зірки складаються переважно з водню, пояснюючи, чому горіння водню визначає головну послідовність.

Key figures

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

Seminal works

• russell1914
• hertzsprung1911

Frequently asked questions

Чи є головна послідовність еволюційним треком?

Ні, це не шлях, яким рухається окрема зірка; це сукупність позицій, зайнятих багатьма різними зірками, поки вони спалюють водень у своїх ядрах, причому місце кожної зірки визначається переважно її масою і змінюється лише повільно протягом цієї фази.

Як діаграма Герцшпрунга – Рассела скупчення може дати його вік?

Усі зірки в скупченні утворилися разом, тому наймасивніші з них першими вичерпують водень у своїх ядрах і відходять від головної послідовності; маса, при якій зірки тільки залишають її (точка відгалуження), відповідає відомому терміну життя, що дорівнює віку скупчення.