Athugaðu, opna í nýjum glugga. Prenta útSenda hlekk á þessa síðu til vinar

Digg This! Del.icio.us; Reddit Stumble It! Facebook
Hornkassi

Hertzsprung-Russell línuritið

Efnisyfirlit

Stjörnur falla í ólíka litrófsflokka

Fyrir meira en 100 árum röðuðu vísindamenn við Harvard stjörnum í flokka eftir litrófi og gáfu hverjum flokki bókstaf. Þetta var í árdaga stjarneðlisfræðinnar og mönnum ekki orðin ljós tengsl litar við yfirborðshita.

Hér er listi yfir nokkrar stjörnur í ólíkum litrófsflokkum. Yfirborðshiti er gefinn upp í gráðum á Kelvínkvarða.

Stjarna Yfirborðshiti Litur Flokkur Stutt lýsing
Alnítak í Óríon
30.000 K blá
O
Dæmigerður „blár risi“ eða OB stjarna
Rígel í Óríon
11.000 K
bláhvít
B
Dæmigerður „blár risi“ eða OB stjarna
Síríus A í Stórahundi
10.000 K
hvít A
Dæmigerð hvít stjarna - 2x þyngri en sólin
Prókýon í Litlahundi
7.700 K
gulhvít F
Dæmigerð gulhvít stjarna
Kapella í Ökumanninum 5.000 K
gul
G
Gul stjarna - 10x breiðari en sólin
Sólin 5.770 K
gul
G
Dæmigerð gul stjarna
Aldebaran í Nautinu 4.100 K
appelsínugul K Appelsínugulur risi - 40x breiðari en sólin
Betelgás í Óríon 3.500 K
rauð M
Rauður ofurrisi -500x breiðari en sólin!
Proxima Centauri (Proxima í Mannfáknum) 3.000 K
rauð
M
rauður dvergur -dauf og massalítil stjarna

Þótt þetta líti út fyrir að vera einnhrærigrautur þá eru til minnisreglur sem geta auðveldað okkur lífið:

Oh, Be A Fine Girl/Guy Kiss Me!
Oh Big and Fierce Gorilla, Kill My Roommate Next Saturday.
Oh Brother, Astronomers Frequently Give Killer Midterms.

Enn vantar þjála íslenska minnisreglu svo þarna er kjörið tækifæri fyrir áhugasama! Fleiri minnisreglur er að finna á þessari vefsíðu.

Skömmu eftir að bókstafakerfið hafði festist í sessi fundu Daninn Ejnar Hertzsprung og Bandaríkjamaðurinn Henry Norris Russell tengsl milli litrófsflokkanna og reyndarbirtu (ljósafls stjarnanna). Þeir settu stærðirnar upp á línuriti sem enn gegnir lykilhlutverki í stjarneðlisfræði. Það fékk síðar nafnið Hertzsprung-Russell línuritið (oft stytt HR-línuritið). Línuritið má setja fram með ýmsum stærðum á ásunum, t.d.

y-ás: ljósafl eða reyndarbirtustig
x-ás: litur eða yfirborðshiti

Stjörnur af svipaðri gerð og á svipuðu æviskeiði lenda á sama svæði á HR-línuritinu. Reyndar lenda flestar stjörnurnar á skádregnum borða sem nefnist meginröð (sólin okkar dæmi um gula stjörnu á meginröð).

Áður en lengra er haldið viljum við árétta að tölurnar sem eru gefnar upp í þessari grein eru alls ekki nákvæmar. Sérstaklega á það við um massa í köflum um þróun stjarna. 

HR-línuritið

Hér fyrir neðan er HR-línurit fyrir ýmsar stjörnur á svæðinu umhverfis okkur í Vetrarbrautinni. Neðan við myndina er lýsing á mismunandi hópum stjarna sem nefndir eru á myndinni.

Nálægar stjörnur á HR-línuriti

1. Meginröð
Flestar stjörnurnar (um 90%) raðast á borða sem nær frá efra vinstra horninu og niður í neðra hægra hornið. Vegna fjölda stjarnanna er borðinn nefndur meginröð. Stjörnur á meginröð eru bæði misstórar og misgamlar en eiga það sameiginlegt að vera á fyrsta æviskeiði sínu þar sem þær brenna vetni í kjarna. Staðsetning stjörnu á meginröð ræðst af massa hennar (þ.e. hvort hún lendir ofarlega eða neðarlega). Massamiklu, björtu og heitu stjörnurnar efst á meginröðinni (OB stjörnurnar) brenna eldsneyti sínu margfalt hraðar en t.d. sólin og er ævilengd þeirra innan við 1% af ævi sólarinnar!

2. Hvítir dvergar
Hvítir dvergar eru daufir hnettir en funheitir (yfirborðshiti á bilinu 10-150 þús. gráður). Athugið að hvítir dvergar eru ekki eiginlegar sólstjörnur því þeir framleiða ekki orku með kjarnasamruna heldur eru hvítir dvergar kólnandi kjarnar fyrrverandi sólstjarna). Þeir passa samt sem áður inn á HR-línuritið sem lokastig stjarna eins og sólarinnar okkar.

3. Rauðir dvergar
Daufustu og köldustu stjörnurnar á meginröð. Geta lifað í meira en þúsund milljarða ára! Langalgengustu stjörnurnar í grennd við sólina (og í alheiminum). Nálægasta stjarnan, Proxima í stjörnumerkinu Mannfáknum (Proxima Centauri) er til að mynda rauður dvergur.

4. Bláir risar
Bláar og hvítar risastjörnur (einnig nefndar OB-stjörnur). Stærstu, björtustu og heitustu stjörnurnar. Lifa hratt og deyja mjög ungar.

5. Rauðir risar
Stig stjarna eftir að vetni/helín í kjarna þrýtur og skeljabruni stendur yfir. Sólin kemst á þetta stig eftir u.þ.b. 6 milljarða ára.

6. Rauðir ofurrisar
Lokastig blárra risa (yfir 15 sólmassar). Stærstu stjörnur sem þekkjast. Stundum nefndar reginrisar.

Æviskeið sólarinnar okkar á HR-línuriti

Hér fyrir neðan er merkt inn æviskeið stjörnu með svipaðan massa og sólin okkar. Staðsetning stjörnu þegar hún byrjar að brenna vetni (sest á meginröð) ræðst af massanum svo stjörnur með svipaðan massa og sólin lifa svipuðu lífi uns þær enda ævi sína sem hvítur dvergur umlukinn hringþoku. Tölurnar á myndinni vísa til ólíkra æviskeiða sem fjallað er um neðar á síðunni.

HR-línurit sólarinnar

1. Meginröð
Stjarnan ver um 90% ævi sinnar á meginröð á meðan hún breytir vetni yfir í helín með kjarnasamruna (skýrir af hverju um 90% stjarna lenda á meginröðinni!). Hún verður smám saman bjartari og heitari. Þegar búið er að breyta tiltæku vetni í kjarna yfir í helín þá hættir kjarnasamruni vetnis, He-kjarninn kólnar og að innri lögin þjappast saman uns samruni vetnis hefst í skel utan um kjarnann.

2. Skeljabruni vetnis
Skeljabruni vetnis losar mikla orku sem veldur því að stjarnan blæs út og yfirborðið kólnar (útstreymi orku á flatareiningu minnkar þegar rúmmálið margfaldast).

3. Neðri risagrein
Stjarnan þenst út, ljósaflið margfaldast á meðan yfirborðshitinn fellur. Stjarnan breytist í rauðan risa. Sólin gleypir trúlega Merkúr og Venus. Sólvindur blæs stórum hluta ytri laganna í burtu (stjarnan þenst út og dregst saman á víxl og þyngdarkrafturinn nær ekki að halda í þunnu lögin yst).

4. Lárétta greinin: Samruni helínkjarna
Helínkjarni sólarinnar þéttist eftir því sem meira af helíni sekkur inn á við. Hitastig kjarnans hækkar vegna þrýstings uns það nær 100 milljón gráðum. Þá hefst samruni helíns sem myndar kolefni og súrefni. Stjarnan ver um 10% af ævi sinni á láréttu greininni (langlengsta skeið elliáranna).

5. Efri risagrein
Helín er uppurið í kjarnanum og hann aðallega úr kolefni og súrefni. Hitinn er ekki nægur til þess að þyngri frumefni geti myndast við kjarnasamruna. Kjarninn dregst saman, innviðir stjörnunnar hitna og að lokum hefst helínsamruni í skel fyrir utan kjarnann. (Ath. að enn á sér stað vetnissamruni í skel utan við helínskelina). Stjarnan blæs aftur út á efri risagreininni. Framhaldið ræðst svo af massanum.

Endalok stjarna með massa undir fjórum sólarmössum

Hjá litlum stjörnum er efri risagreinin endastöð. Stjarnan blæs út sem rauður risi í annað sinn og ljósstyrkur hennar verður e.t.v. um þúsund sinnum meiri en þegar hún var á meginröð. Litlar stjörnur blása ytri lögum sínum í burtu og mynda hringþoku en eftir situr glóandi kjarninn sem nefnist nú hvítur dvergur.

Innsti hluti sólarinnar

Skeljabruni innst í rauðum risa rétt fyrir „andlátið“: Vetnisskel (H) yst, svo skel úr helíni (He) og innst óvirkur kjarni þar sem kolefni (C) og súrefni (O) safnast fyrir. Svæðið sem hér sést er á stærð við jörðina á meðan rauði risinn fyllir út í jarðbrautina (jörðin hefur færst utar svo hún sleppur líklega undan sólinni).

Endalok stjarna með massa yfir fjórum sólarmössum

Massameiri stjörnur komast lengra áleiðis við framleiðslu málma (þyngri frumefna) en stjörnur á borð við sólina. Það fer eftir massa þeirra hve mikið af þungum frumefnum myndast í kjarnanum. Ekki er hægt að losa orku með myndun frumefna sem eru þyngri en járn.

Í stórum stjörnum á risastigi á sér stað samruni ólíkra efna í mörgum skeljum á sama tíma. Yst í kjarnanum er samruni vetnis (H) í skel, þar fyrir innan skel með helínsamruna (He), svo skel með samruna kolefnis (C), skel með samruna neons (neon), skel með samruna súrefnis (O) og skel með samruna kísils (Si) (kísilsamruni krefst lítilla 4 milljarða gráða K sem næst aðeins í mjög stórum stjörnum). Innst er járnkjarni (Fe) sem framleiðir ekki orku. Þyngdarhrun hans er því óumflýjanlegt.

Innsti hluti risastjörnu

Innsti hluti ofurrisa af stærstu gerð rétt fyrir andlátið - skeljabruni. Aðeins sýndur innsti hluti stjörnunnar. Yst er H-skel, svo He-skel, C-skel, Ne-skel, O-skel, Si-skel og innst óvirkur Fe-kjarni. Stærstu rauðu ofurrisarnir ná út fyrir Júpíter miðað við sólkerfið (þvermál um 10 AU).

Risastjörnur geta orðið hvítir dvergar, nifteindastjörnur eða svarthol

Þegar stjarnan nálgast ævilokin magnast sólvindurinn og hún losar sig við marga sólarmassa af ytri lögunum. Meðan þessu fer fram stækkar járnkjarninn innst í stjörnunni. Þegar járnkjarninn hefur náð 1,4 sólarmössum hrynur hann saman undan eigin þunga því enginn kjarnasamruni á sér stað til að vega á móti þyngdarkraftinum inn á við. Ytri lögin þeytast út í geim og mynda gasþoku. Það ræðst af því hve mikill massi er til staðar hvort innri hlutinn fellur saman í hvítan dverg (<1,4 sólarmassar), nifteindastjörnu (<2,5 sólarmassar) eða svarthol (>3,1 sólarmassi).

Fáeinar stjörnur á HR-línuriti og stjörnukorti sem sjást frá desember til mars

Hér eru nokkur dæmi um stjörnur sem eru dæmigerðar fyrir tiltekna hópa á HR-línuritinu. Allar sjást þær á kvöldhimni frá desember og fram í mars fyrir utan dvergana sem sjást alls ekki.

Skýringar:

Msól merkir massa stjörnunnar í samanburði við sólina.

Lsól merkir ljósafl stjörnunnar í samanburði við ljósafl sólarinnar (segir til um reyndarbirtu, það er hve skært stjarnan skín í raun og veru).

d merkir þvermál.

Stjarna á meginröð:
1. Síríus A (litrófsflokkur: A, 10.000 K, massi: 2 Msól, ljósafl: 25 Lsól, d = 1,7x þvermál sólar).

Hvítur dvergur (enginn þeirra sést með berum augum):
2. Síríus B (25.000 K, massi: 1 Msól, ljósafl: 0,03 Lsól, d = 0,01x þvermál sólar).

Rauður dvergur (enginn þeirra sést með berum augum):
3. Proxima Cent. (litrófsflokkur: M, 3.000 K, massi: 0,12 Msól, ljósafl: 0,002 Lsól, d = 0,15x þvermál s.).

Blár risi:
4. Rígel (litrófsflokkur: B, 11.000 K, massi: 17 Msól, ljósafl: 66.000 Lsól, d = 62x þvermál sólar).

Rauður risi:
5. Aldebaran (litrófsflokkur: K, 4.100 K, massi: 2,5 Msól, ljósafl: 350 Lsól, d = 44x þvermál sólar).

Rauður ofurrisi:
6. Betelgás (litrófsflokkur: M, 3.500 K, massi: 20 Msól, ljósafl: 135.000 Lsól, d = 500x þvermál sólar).

Innsti hluti risastjörnu

 

Kort af stjörnumerkjum í suðri á kvöldin um miðbik vetrar.

Vetrarhiminn

Digg This! Del.icio.us; Reddit Stumble It! Facebook