Dãy chính và Biểu đồ Hertzsprung-Russell

Hầu hết các ngôi sao trải qua phần lớn cuộc đời của chúng bằng cách tổng hợp hydro trong lõi, điều này đặt chúng dọc theo một dải chéo duy nhất, dãy chính, trên biểu đồ độ sáng so với nhiệt độ, một công cụ tổ chức toàn bộ ngành thiên văn học sao.

Definition

Dãy chính là dải trên biểu đồ Hertzsprung-Russell được chiếm giữ bởi các ngôi sao tạo ra năng lượng bằng cách tổng hợp hydro thành heli trong lõi của chúng, và bản thân biểu đồ là một đồ thị của độ sáng sao so với nhiệt độ bề mặt hoặc màu sắc.

Scope

Chủ đề này bao gồm biểu đồ Hertzsprung-Russell và đối tác quan sát của nó là biểu đồ màu-độ sáng, dãy chính là vị trí đốt cháy hydro trong lõi, mối quan hệ khối lượng-độ sáng sắp xếp các ngôi sao dọc theo nó, dãy chính tuổi không và tuổi thọ dãy chính, và việc sử dụng điểm rẽ dãy chính của cụm sao để xác định tuổi.

Core questions

• Tại sao hầu hết các ngôi sao nằm dọc theo dãy chính?
• Thuộc tính nào của một ngôi sao xác định vị trí của nó trên dãy chính?
• Tuổi thọ dãy chính phụ thuộc vào khối lượng sao như thế nào?
• Tuổi của một cụm sao được đọc từ điểm rẽ dãy chính của nó như thế nào?

Key concepts

• dãy chính
• biểu đồ Hertzsprung-Russell
• biểu đồ màu-độ sáng
• mối quan hệ khối lượng-độ sáng
• dãy chính tuổi không
• điểm rẽ dãy chính
• loại quang phổ

Key theories

Dãy chính là quá trình đốt cháy hydro trong lõi

Các ngôi sao ổn định trên dãy chính khi quá trình tổng hợp hydro ổn định trong lõi cung cấp độ sáng của chúng trong trạng thái cân bằng thủy tĩnh và nhiệt; vì đây là giai đoạn ổn định tồn tại lâu nhất, dãy chính là nơi hầu hết các ngôi sao được tìm thấy tại bất kỳ thời điểm nào.

Mối quan hệ khối lượng-độ sáng và tuổi điểm rẽ

Dọc theo dãy chính, độ sáng tăng mạnh theo khối lượng, vì vậy các ngôi sao lớn hơn sáng hơn nhưng có tuổi thọ ngắn hơn; trong một cụm sao đồng niên, các ngôi sao lớn nhất còn sót lại xác định một điểm rẽ mà vị trí của nó cho biết tuổi của cụm.

Mechanisms

Một ngôi sao mới hình thành co lại cho đến khi lõi của nó đủ nóng để tổng hợp hydro, tại thời điểm đó nó ổn định trên dãy chính tuổi không với độ sáng được xác định chủ yếu bởi khối lượng của nó. Nó duy trì ở đó, từ từ sáng lên, cho đến khi hydro trong lõi cạn kiệt, sau đó nó rời khỏi dãy chính; trong một cụm sao, sự cạn kiệt này diễn ra từ các ngôi sao lớn nhất trở xuống, đẩy điểm rẽ sang các khối lượng thấp hơn theo thời gian.

Clinical relevance

Dãy chính là xương sống của phân loại sao và là một công cụ chính để đo tuổi và khoảng cách: việc khớp dãy chính hiệu chỉnh khoảng cách cụm sao, tuổi điểm rẽ xác định niên đại các quần thể sao và Thiên hà, và biểu đồ tổ chức việc so sánh lý thuyết với các quần thể sao được quan sát.

History

Hertzsprung và Russell đã độc lập khám phá mối quan hệ độ sáng-nhiệt độ vào đầu những năm 1910, dựa trên phân loại quang phổ của Cannon; Payne-Gaposchkin sau đó đã chỉ ra rằng các ngôi sao chủ yếu được tạo thành từ hydro, giải thích tại sao quá trình đốt cháy hydro định nghĩa dãy chính.

Key figures

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

Seminal works

• russell1914
• hertzsprung1911

Frequently asked questions

Dãy chính có phải là một quỹ đạo tiến hóa không?

Không, nó không phải là một con đường mà một ngôi sao duy nhất di chuyển dọc theo; nó là tập hợp các vị trí được chiếm giữ bởi nhiều ngôi sao khác nhau trong khi chúng đốt cháy hydro trong lõi của chúng, với vị trí của mỗi ngôi sao được xác định chủ yếu bởi khối lượng của nó và chỉ thay đổi chậm trong giai đoạn này.

Làm thế nào biểu đồ HR của một cụm sao có thể cho biết tuổi của nó?

Tất cả các ngôi sao trong một cụm hình thành cùng nhau, vì vậy những ngôi sao lớn nhất cạn kiệt hydro trong lõi trước và rời khỏi dãy chính; khối lượng mà các ngôi sao vừa rời đi, điểm rẽ, tương ứng với một tuổi thọ đã biết bằng tuổi của cụm.