主序星和赫罗图

大多数恒星在核心中进行氢聚变，这使得它们在组织所有恒星天文学的亮度与温度图上，沿着一条单一的对角线带（即主序带）分布。

Definition

主序带是赫罗图上的一条区域，其中恒星通过在其核心将氢聚变为氦来产生能量；赫罗图本身是恒星光度与表面温度或颜色之间的关系图。

Scope

本主题涵盖赫罗图及其观测对应物——色-星等图、作为核心氢燃烧区域的主序带、沿主序带排列恒星的质量-光度关系、零龄主序星和主序寿命，以及利用星团主序拐点确定年龄。

Core questions

• 为什么大多数恒星都位于主序带上？
• 恒星的哪个属性决定了它在主序带上的位置？
• 主序寿命如何依赖于恒星质量？
• 如何从星团的主序拐点读取其年龄？

Key concepts

• 主序带
• 赫罗图
• 色-星等图
• 质量-光度关系
• 零龄主序星
• 主序拐点
• 光谱型

Key theories

作为核心氢燃烧的主序带

当核心中稳定的氢聚变以流体静力学和热平衡方式提供其光度时，恒星会稳定在主序带上；由于这是寿命最长的稳定阶段，因此在任何时候都能找到大多数恒星位于主序带上。

质量-光度关系和拐点年龄

沿主序带，光度随质量急剧增加，因此大质量恒星更亮但寿命更短；在同龄星团中，幸存的最大质量恒星定义了一个拐点，其位置给出了星团的年龄。

Mechanisms

一颗新形成的恒星会收缩，直到其核心温度足以进行氢聚变，此时它会稳定在零龄主序带上，其光度主要由质量决定。它会一直停留在那里，缓慢增亮，直到核心氢耗尽，之后它会离开主序带；在一个星团中，这种耗尽过程从质量最大的恒星开始，并随着时间的推移将拐点扫向较低质量的恒星。

Clinical relevance

主序带是恒星分类的骨干，也是测量年龄和距离的主要工具：主序拟合校准星团距离，拐点年龄确定恒星族群和银河系的年龄，赫罗图组织了理论与观测恒星族群的比较。

History

赫茨普龙和罗素在20世纪10年代早期独立发现了光度-温度关系，这建立在坎农的光谱分类基础上；佩恩-加波什金后来证明恒星主要由氢组成，这解释了为什么氢燃烧定义了主序带。

Key figures

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

Seminal works

• russell1914
• hertzsprung1911

Frequently asked questions

主序带是演化轨迹吗？

不，它不是一颗恒星沿其移动的路径；它是许多不同恒星在其核心燃烧氢时所占据的位置集合，每颗恒星的位置主要由其质量决定，并且在此阶段变化缓慢。

星团的赫罗图如何给出其年龄？

星团中的所有恒星都是同时形成的，因此质量最大的恒星会首先耗尽其核心氢并脱离主序带；恒星刚离开主序带时的质量（即拐点）对应于一个已知的寿命，该寿命等于星团的年龄。