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如何計算恒星的品質?

2024-02-11科學

宇宙中 幾乎所有物體都有品質 ,從原子和亞原子粒子(例如 大型強子對撞機 研究的粒子)到 巨大的星系團 。迄今為止,科學家們所知道的唯一沒有品質的物質是 光子 和膠子( 光子的品質是一個相對復雜的概念 )。 那麽,天文學家如何確定宇宙中物體的品質呢?情況很復雜。

星星與品質

假設一顆 典型的恒星 品質相當大,通常比一顆典型的行星大得多。為什麽要關心它的品質?了解這些資訊很重要,因為 它揭示了恒星演化的過去現在和未來

天文學家使用哈伯太空望遠鏡發現了九顆品質超過太陽品質 100 倍的巨星。它們位於附近大麥哲倫星雲的 R136 星團中。在計算恒星壽命時,品質是一個重要特征。

天文學家可以使用幾種間接方法來確定恒星品質。一種稱為重力透鏡的方法可以測量因附近物體的重力而彎曲的光路。盡管彎曲量很小,但仔細測量可以揭示進行牽引的物體的重力品質。

典型的恒星品質測量

天文學家直到21世紀才套用重力透鏡來測量恒星品質。在此之前,他們必須依賴於繞共同質心執行的恒星(即所謂的雙星)的測量。天文學家很容易測量 雙星 (繞共同重心執行的兩顆恒星) 的品質 。 事實上,多星系統提供了如何計算其品質的教科書範例。 首先,他們測量系統中所有恒星的軌域。他們還對恒星的軌域速度進行計時,然後確定一顆特定恒星經過一個軌域需要多長時間。這就是所謂的「軌域周期」。

計算品質

一旦知道了所有這些資訊,天文學家接下來就會進行一些計算以確定恒星的品質。他們可以使用方程式 V軌域= SQRT(GM/R),其中SQRT是「平方根」a,G是重力,M是品質,R是物體的半徑。這是一個代數問題,透過重新排列方程式來求解M來梳理出品質。

因此,天文學家無需接觸恒星,就可以利用數學和已知的物理定律來計算出其品質。然而,但不可能對每一個明星都做到這一點。其他測量可以幫助他們計算出非雙星或多星系統中恒星的品質。例如,他們可以使用亮度和溫度。不同光度和溫度的恒星的品質差異很大。當這些資訊繪制在圖表上時,表明恒星可以按溫度和光度排列。

真正大品質的恒星是宇宙中最熱的恒星之一。品質較小的恒星,例如太陽,比它們的巨型恒星要冷。恒星溫度、顏色和亮度的圖表稱為赫羅圖,根據定義,它還顯示恒星的品質,具體取決於它在圖表上的位置。如果它位於一條稱為主序帶的長而蜿蜒的曲線上,那麽天文學家就知道它的品質既不會很大也不會很小。品質最大和品質最小的恒星落在主序之外。

恒星演化

天文學家對恒星的誕生、生存和死亡有著很好的了解。這種生與死的順序被稱為「恒星演化」。恒星如何演化的最大預測因素是它誕生時的品質,即它的「初始品質」。低品質恒星通常比大品質恒星溫度更低、更暗。因此,只需檢視恒星的顏色、溫度以及它在赫羅圖上的「位置」,天文學家就可以很好地了解恒星的品質。透過比較已知品質的相似恒星,天文學家可以很好地了解給定恒星的品質,即使它不是雙星。

當然,恒星的品質不會終生保持不變。隨著年齡的增長,他們會失去它。他們逐漸燃燒,並最終在生命的盡頭經歷巨大的品質損失。如果它們是像太陽一樣的恒星, 通常 它們會輕輕地將其吹走並形成行星狀星雲。如果它們的品質比太陽大得多,它們就會在超新星事件中死亡,核心崩潰,然後在災難性爆炸中向外擴張。這會將他們的大部份材料炸到太空。

透過觀察像太陽一樣死亡或在超新星中死亡的恒星型別,天文學家可以推斷出其他恒星的狀態,比如品質,具有相似品質的恒星如何演化和死亡,因此他們可以根據對顏色、溫度和其他有助於了解其品質的方面的觀察做出一些相當好的預測。

觀察星星不僅僅是收集數據。天文學家獲得的資訊被組織成非常精確的模型,幫助他們準確預測銀河系和整個宇宙中的恒星在誕生、衰老和死亡時會做什麽,所有這些都是基於它們的品質。