Является ли «Главная последовательность» временной последовательностью?

Звезды, построенные по яркости и температуре поверхности, вписываются в рисунки на диаграмме Герцшпрунга – Рассела . Грубое диагональное подмножество этого графика называется основной последовательностью. В каком-то смысле это временная последовательность? В разделе звездной физики статьи в Википедии есть подсказка, что ответ отрицательный, но когда-то так и думали:

Созерцание диаграммы привело астрономов к размышлениям о том, что она может продемонстрировать звездную эволюцию. Основное предположение заключается в том, что звезды коллапсируют от красных гигантов до карликовых звезд, а затем движутся вниз по линии главной последовательности в течение своей жизни.

Так означает ли слово «последовательность» в данном случае просто конкретный порядок, а не прогрессию во времени, которую делает какая-то одна звезда? Является ли главная последовательность просто своего рода плато в звездной эволюции, где звезды проводят значительную продолжительность?

В каком-то смысле это временная последовательность?

На самом деле, нет. По крайней мере, в смысле звезды, скользящей по главной последовательности. Этого не происходит. Вместо этого звезда остается более или менее припаркованной в одном месте главной последовательности в течение своей жизни как звезда главной последовательности.

Протозвезда более яркая и холодная, чем звезда главной последовательности нулевого возраста, которой она станет. Как только звезда «воспламеняется» (начинает плавиться водород (не дейтерий)), это когда звезда входит в основную последовательность. Именно здесь звезда проводит большую часть своей жизни. В случае маленьких звезд, звезд, масса которых составляет менее 40% массы Солнца, именно здесь звезда проведет всю свою жизнь как звезда. Маленькие звезды становятся тусклее и тусклее с возрастом.

Большие звезды не смешиваются полностью от самого внутреннего ядра до самых внешних областей. Эти более крупные звезды накапливают пепел гелия с возрастом. Это слияние водорода в конце концов заканчивается, когда весь водород в ядре превращается в гелий. Вот когда звезда отходит от главной последовательности. В отличие от маленьких звезд, более крупные звезды становятся ярче (ярче) с возрастом.

Более крупные звезды (звезды более 40% солнечной массы) могут возрастать в два или три раза по яркости. Это увеличение на три с половиной порядка величины, и это ничтожно мало по сравнению с разницей в одиннадцати или двенадцати величинах яркости, показанной на диаграмме ЧСС между самым маленьким красным карликом и самым большим синим гигантом. Это означает, что, как только крошечная звезда входит в основную последовательность, она более или менее остается в этом месте главной последовательности, пока не покинет основную последовательность.

Нет, главная последовательность больше похожа на стартовую линию . Большинство звезд тратят много времени на одну его точку ( 10 миллиардов лет для Солнца), в то время как они сливают водород в гелий. Тогда они уходят от этого.

На этой диаграмме черная линия является главной последовательностью. Цветные линии показывают временные последовательности. Этот прогресс во времени отдельной звезды называется ее эволюционным следом .

Числа вдоль черной линии - солнечные массы (1 = солнце). Эта диаграмма эволюционировала через последовательность изображений пользователей Викимедиа Rursus , GAS и Jesusmaiz.

Основная последовательность - это, в основном, плато, которого звезда достигает после того, как она полностью сформировалась, но до того, как она начинает истощать водород, чтобы питать нормальные реакции синтеза. И да, последовательность в основном упорядочена - по массе, а не по возрасту. Я говорю в основном потому, что возраст оказывает определенное влияние (см. Раздел из статьи Википедии об основной последовательности изменений температуры и светимости ). В результате более старые звезды немного жарче и ярче, чем молодые.

Для большинства звезд большая часть света, который он излучает, является излучением черного тела . Количество энергии, которую производит звезда, является сложным (как объяснено на странице для отношения массы к светимости ), но суть в том, что для звезд с большей массой выход энергии значительно увеличивается относительно ее площади поверхности и, следовательно, является более горячим , На странице, посвященной излучению черного тела, есть хорошее объяснение, в том числе график температуры, показывающий, как температура поверхности меньших звезд красная и с увеличением массы оранжевая, желтая, зеленая и синяя.

Более высокая скорость слияния (относительно размера) объясняет, почему у более крупных звезд водород расходуется быстрее, чем у более мелких звезд.

Короткий ответ

Ответ - нет. Основная последовательность - это последовательность по массе (а не последовательность по времени).

Самые массивные звезды расположены в левом верхнем углу (так как они самые яркие и самые горячие / самые голубые). Звезды с самой низкой массой расположены внизу слева (так как они тусклее и холоднее / краснее).

Таким образом, после основной последовательности слева направо и снизу справа идет последовательность от высокой до низкой массы.

Немного больше фона

Астрономы Герцспрунг и Рассел были одними из первых, кто заметил, что яркость и цвет звезд не просто случайны, а в том, что подавляющее большинство звезд демонстрируют узкую связь между яркостью и цветом. Самые яркие звезды обычно голубее (= горячее), а тусклые звезды обычно краснее (= холоднее).

При отображении свойств звезд на диаграмме, показывающей яркость на вертикальной оси и цвет (или температуру) на горизонтальной оси, оказывается, что подавляющее большинство звезд находятся на довольно узкой полосе на этой диаграмме. Мы называем это условием главной последовательности просто потому, что на ней лежит большинство звезд. (Существуют исключения, например, красные гиганты и белые карлики не лежат в этой последовательности, но они встречаются реже). Теперь мы называем эту диаграмму диаграммой Герцшпрунга-Рассела.

Большинство звезд лежат в этой последовательности, потому что они проводят там около 90% своей жизни, не сильно меняясь. Солнце также является одной из многих звезд главной последовательности. Все звезды главной последовательности питаются от ядерного синтеза водорода в своих горячих центрах. Это настолько эффективный источник топлива для звезды, что он длится 90% своей жизни.

Компьютерные модели помогли астрономам понять, как звезды движутся по диаграмме Герцшпрунга-Рассела, когда становятся старше. Когда у звезд в их центрах заканчивается водородное топливо, они начинают меняться и покидают главную последовательность. Это когда они могут расти, чтобы стать красными гигантами. Эти изменения относительно быстро. Вот почему мы не видим много звезд вдали от главной последовательности. Следы того, как звезды движутся по диаграмме с возрастом, называются эволюционными. Эти эволюционные следы можно рассматривать как последовательность времени.