Stjärnorna är de mest fantastiska fysiska motorerna i universum. De utstrålar ljus och värme, och de skapar kemiska grundämnen i sina kärnor. Men när observatörer tittar på dem på natthimlen är allt de ser tusentals ljuspunkter. Vissa ser rödaktiga ut, andra gula eller vita eller till och med blå. Dessa färger ger faktiskt ledtrådar till stjärnornas temperaturer och åldrar och var de befinner sig i sin livslängd . Astronomer ”sorterar” stjärnor efter deras färger och temperaturer, och resultatet är en berömd graf som kallas Hertzsprung-Russell Diagram. HR-diagrammet är ett diagram som varje astronomistudent lär sig tidigt.
Lär dig det grundläggande HR-diagrammet
Generellt sett är HR diagram är en ”plott” av temperatur vs. ljusstyrka. Tänk på ”luminositet” som ett sätt att definiera ljusstyrkan för ett objekt. Temperatur är något vi alla är bekanta med, vanligtvis som värmen från ett föremål. Det hjälper till att definiera något som kallas en stjärnas spektralklass, , vilket astronomer också tar reda på genom att studera ljusets våglängder som kommer från stjärna. Så i ett standard HR-diagram är spektralklasser märkta från hetaste till coolaste stjärnorna, med bokstäverna O, B, A, F, G, K, M (och ut till L, N och R). Dessa klasser representerar också specifika färger. I vissa HR-diagram är bokstäverna ordnade över den översta raden i diagrammet. Heta blåvita stjärnor ligger till vänster och de kallare tenderar att vara mer mot höger sida av diagrammet.
Det grundläggande HR-diagrammet är märkt som det som visas här. Den nästan diagonala linjen kallas huvudsekvensen. Nästan 90 procent av stjärnorna i universum existerar längs den linjen vid en tidpunkt i deras liv. De gör detta medan de fortfarande smälter väte till helium i sina kärnor. Så småningom får de slut på väte och börjar smälta samman helium. Det är då de utvecklas till att bli jättar och superjättar. På diagrammet hamnar sådana ”avancerade” stjärnor i det övre högra hörnet. Stjärnor som solen kan ta denna väg och sedan krympa ner till vita dvärgar, som visas i den nedre vänstra delen av diagrammet.
Forskarna och vetenskapen bakom HR-diagrammet
HR-diagrammet utvecklades 1910 av astronomerna Ejnar Hertzsprung och Henry Norris Russell. Båda männen arbetade med spektra av stjärnor – det vill säga de studerade ljuset från stjärnor med hjälp av spektrografer. Dessa instrument bryter ner ljuset till dess komponenters våglängder. Det sätt som stjärnvåglängderna ser ut ger ledtrådar till de kemiska elementen i stjärnan. De kan också avslöja information om dess temperatur, rörelse genom rymden och dess magnetiska fältstyrka. Genom att plotta stjärnorna på HR-diagrammet enligt deras temperaturer, spektralklasser och ljusstyrka kan astronomer klassificera stjärnor i sina olika typer.
Idag finns det olika versioner av sjökortet, beroende på vilka specifika egenskaper astronomer vill kartlägga. Varje diagram har en liknande layout, med de ljusaste stjärnorna som sträcker sig upp mot toppen och svänger av till det övre vänstra och några i de nedre hörnen.
HR-diagrammets språk
HR-diagrammet använder termer som är bekanta för alla astronomer, så det är värt att lära sig diagrammets ”språk”. De flesta observatörer har förmodligen hört termen ”magnitude” när den appliceras på stjärnor. Det är ett mått på en stjärnas ljusstyrka. En stjärna kan dock verka ljus av ett par anledningar:
- Den kan vara ganska nära och därmed se ljusare ut än en längre bort
- Det kan vara ljusare eftersom det är varmare.
För HR-diagrammet är astronomer främst intresserade av en stjärnas ”inneboende” ljusstyrka – det vill säga dess ljusstyrka på grund av hur varmt den faktiskt är. Det är därför ljusstyrkan (som nämnts tidigare) plottas längs y-axeln. Ju mer massiv stjärnan är, desto mer lysande är den. Det är därför de hetaste, ljusaste stjärnorna ritas upp bland jättarna och superjättarna i HR-diagrammet.
Temperatur och/eller spektralklass härleds, som nämnt ovan, genom att titta på stjärnans ljus väldigt försiktigt. Gömda inom dess våglängder finns ledtrådar om de element som finns i stjärnan. Väte är det vanligaste grundämnet, vilket framgår av astronomen Cecelia Payne-Gaposchkins arbete i början av 1900-talet. Väte smälts samman för att göra helium i kärnan, så det är därför astronomer också ser helium i en stjärnas spektrum. Spektralklassen är mycket nära besläktad med en stjärnas temperatur, varför de ljusaste stjärnorna finns i klasserna O och B. De coolaste stjärnorna finns i klasserna K och M. De allra coolaste objekten är också svaga och små, och inkluderar även bruna dvärgar .
En sak att tänka på är att HR-diagrammet kan visa oss vilken stjärntyp a stjärna kan bli, men det förutsäger inte nödvändigtvis några förändringar i en stjärna. Det är därför vi har astrofysik – som tillämpar fysikens lagar på stjärnornas liv.
