Jak astronomové určují hmotnost hvězd? Je to komplikované

Téměř vše ve vesmíru má hmotnost. Od atomů a subatomárních částic, jako jsou ty, které studoval Velký hadronový urychlovač, až po obří kupy galaxií. Jediné, o čem vědci zatím vědí, že nemají hmotnost, jsou fotony a gluony. Je důležité znát hmotnost. Ale objekty na obloze jsou příliš vzdálené. Nemůžeme se jich dotýkat a rozhodně je nemůžeme vážit konvenčními prostředky. Jak tedy astronomové určují hmotnost věcí ve vesmíru? Je to komplikované, napsal server thoughtco.com.

Hvězdy a mlhoviny

Předpokládejme, že typická hvězda je docela hmotná. Je obecně mnohem větší než typická planeta. Proč se starat o jejich hmotnost? Tyto informace je důležité znát, protože odhalují vodítka o evoluční minulosti, současnosti a budoucnosti hvězdy.

Astronomové mohou k určení hmotnosti hvězdy použít několik nepřímých metod. Jedna metoda, nazývaná gravitační čočka, měří dráhu světla, které je ohnuto gravitační silou blízkého objektu. Přestože je míra ohybu malá, pečlivá měření mohou odhalit hmotnost gravitační síly objektu, který táhne.

Typická měření hmotnosti hvězd

Astronomům trvalo až do 21. století, než použili gravitační čočku na měření hvězdných hmot. Předtím se museli spoléhat na měření hvězd obíhajících kolem společného těžiště, takzvané dvojhvězdy. Hmotnost dvojhvězd (dvě hvězdy obíhající kolem společného těžiště) je pro astronomy velmi snadné změřit. Ve skutečnosti více hvězdné systémy poskytují učebnicový příklad, jak zjistit jejich hmotnosti. Je to trochu technické, ale stojí za to prostudovat, abyste pochopili, co musí astronomové udělat.

Nejprve změří oběžné dráhy všech hvězd v systému. Měří také oběžnou rychlost hvězd a poté určují, jak dlouho dané hvězdě trvá, než projde jedním oběhem. Říká se tomu jeho „orbitální období“. 

Výpočet hmotnosti

Jakmile jsou všechny tyto informace známy, astronomové provedou další výpočty, aby určili hmotnosti hvězd. Mohou použít rovnici V orbit = SQRT(GM/R), kde SQRT je „druhá odmocnina“ a, G je gravitace, M je hmotnost a R je poloměr objektu. Je to záležitost algebry, jak ubrat hmotu přeskupením rovnice tak, aby se vyřešila pro M

Astronomové tedy, aniž by se kdy dotkli hvězdy, používají matematiku a známé fyzikální zákony, aby zjistili její hmotnost. Nemohou to však udělat pro každou hvězdu. Další měření jim pomáhají zjistit hmotnosti hvězd, které nejsou v binárních nebo vícehvězdných systémech. Mohou například využívat svítivosti a teploty. Hvězdy různé svítivosti a teploty mají výrazně odlišné hmotnosti. Tyto informace, když jsou vyneseny do grafu, ukazují, že hvězdy mohou být uspořádány podle teploty a svítivosti.

Opravdu hmotné hvězdy patří k nejžhavějším ve vesmíru. Méně hmotné hvězdy, jako je Slunce, jsou chladnější než jejich gigantičtí sourozenci. Graf teplot, barev a jasů hvězd se nazývá Hertzsprung-Russellův diagram a podle definice také ukazuje hmotnost hvězdy v závislosti na tom, kde na grafu leží. Pokud leží podél dlouhé klikaté křivky zvané Hlavní posloupnost , pak astronomové vědí, že její hmotnost nebude gigantická ani malá. Hvězdy s největší a nejmenší hmotností spadají mimo hlavní posloupnost.

Hvězdná evoluce

Astronomové mají dobrý přehled o tom, jak se hvězdy rodí, žijí a umírají. Tato sekvence života a smrti se nazývá „hvězdná evoluce“. Největším prediktorem toho, jak se bude hvězda vyvíjet, je hmotnost, se kterou se zrodí, její „počáteční hmotnost“. Nízkohmotné hvězdy jsou obecně chladnější a slabší než jejich protějšky s vyšší hmotností. Takže pouhým pohledem na barvu hvězdy, teplotu a místo, kde „žije“ v Hertzsprung-Russellově diagramu, mohou astronomové získat dobrou představu o hmotnosti hvězdy. Srovnání podobných hvězd známé hmotnosti (jako jsou výše zmíněné dvojhvězdy) dávají astronomům dobrou představu o tom, jak hmotná je daná hvězda, i když se nejedná o dvojhvězdu.

Hvězdy si samozřejmě neudrží stejnou hmotnost celý život. S přibývajícím věkem ji ztrácejí. Postupně spotřebovávají své jaderné palivo a nakonec na konci svého života zažijí obrovské epizody hromadných ztrát. Pokud jsou to hvězdy jako Slunce, jemně ho odfouknou a vytvoří planetární mlhoviny (obvykle). Pokud jsou mnohem hmotnější než Slunce, zahynou při událostech supernov, kde se jádra zhroutí a poté se rozšíří ven při katastrofické explozi. To vystřelí velkou část jejich materiálu do vesmíru.

Pozorováním typů hvězd, které umírají jako Slunce nebo umírají v supernovách, mohou astronomové odvodit, co udělají jiné hvězdy. Znají jejich hmotnosti, vědí, jak se vyvíjejí a umírají jiné hvězdy s podobnou hmotností, a tak mohou dělat docela dobré předpovědi na základě pozorování barev, teploty a dalších aspektů, které jim pomáhají porozumět jejich hmotnosti.

Pozorování hvězd je mnohem víc než shromažďování dat. Informace, které astronomové získají, jsou složeny do velmi přesných modelů, které jim pomáhají přesně předpovídat, co budou hvězdy v Mléčné dráze a v celém vesmíru dělat. Když se rodí, stárnou a umírají, to vše na základě jejich hmotnosti. Nakonec tyto informace také pomáhají lidem lépe porozumět hvězdám, zejména našemu Slunci.

Rychlá fakta

  • Hmotnost hvězdy je důležitým prediktorem mnoha dalších charakteristik, včetně toho, jak dlouho bude žít.
  • Astronomové používají k určení hmotnosti hvězd nepřímé metody, protože se jich nemohou přímo dotknout.
  • Typicky řečeno, hmotnější hvězdy žijí kratší dobu než ty méně hmotné. Je to proto, že spotřebovávají své jaderné palivo mnohem rychleji.
  • Hvězdy jako naše Slunce mají střední hmotnost a skončí mnohem jinak než hmotné hvězdy, které se po několika desítkách milionů let samy vyhodí do povětří.

Zdroj: thoughtco.com

0 0 votes
Article Rating
Subscribe
Upozornit na
0 Komentáře
Inline Feedbacks
View all comments
0
Budeme rádi za vaše názory, prosím komentujte.x