Come determinare la massa di una stella

Quasi tutto nell'universo ha massa, da atomi e particelle subatomiche (come quelli studiati da il Large Hadron Collider) per ammassi giganteschi di galassie. Le uniche cose che gli scienziati sanno finora che non hanno massa sono fotoni e gluoni.

La massa è importante da sapere, ma gli oggetti nel cielo sono troppo distanti. Non possiamo toccarli e certamente non possiamo soppesarli con mezzi convenzionali. Quindi, in che modo gli astronomi determinano la massa di cose nel cosmo? È complicato.

Supponiamo che a stella tipica è piuttosto massiccio, generalmente molto più di un tipico pianeta. Perché preoccuparsi della sua massa? Quella informazione è importante sapere perché rivela indizi sul passato, presente e futuro evolutivo di una stella.

Gli astronomi possono utilizzare diversi metodi indiretti per determinare la massa stellare. Un metodo, chiamato lente gravitazionale, misura il percorso della luce piegato dall'attrazione gravitazionale di un oggetto vicino. Sebbene la quantità di flessione sia piccola, misurazioni accurate possono rivelare la massa dell'attrazione gravitazionale dell'oggetto che sta tirando.

Gli astronomi hanno impiegato fino al 21 ° secolo per applicare la lente gravitazionale per misurare le masse stellari. Prima di allora, dovevano fare affidamento su misurazioni di stelle in orbita attorno a un centro di massa comune, le cosiddette stelle binarie. La massa di stelle binarie (due stelle in orbita attorno a un centro di gravità comune) è abbastanza facile da misurare per gli astronomi. In effetti, i sistemi a più stelle forniscono un esempio da manuale su come capire le loro masse. È un po 'tecnico ma vale la pena studiare per capire cosa devono fare gli astronomi.

Innanzitutto, misurano le orbite di tutte le stelle nel sistema. Inoltre, controllano la velocità orbitale delle stelle e quindi determinano quanto tempo impiega una determinata stella a passare attraverso un'orbita. Si chiama "periodo orbitale".

Una volta che tutte queste informazioni sono note, gli astronomi fanno poi alcuni calcoli per determinare le masse delle stelle. Possono usare l'equazione V_orbita = SQRT (GM / R) dove SQRT è "radice quadrata" a, sol è la gravità, M è massa e R è il raggio dell'oggetto. È una questione di algebra stuzzicare la massa riorganizzando l'equazione per cui risolvere M.

Quindi, senza mai toccare una stella, gli astronomi usano la matematica e le leggi fisiche conosciute per capire la sua massa. Tuttavia, non possono farlo per ogni stella. Altre misurazioni li aiutano a capire le masse per le stellenon nei sistemi binari o a più stelle. Ad esempio, possono usare luminosità e temperature. Le stelle di diverse luminosità e temperature hanno masse molto diverse. Tali informazioni, se tracciate su un grafico, mostrano che le stelle possono essere organizzate in base alla temperatura e alla luminosità.

Le stelle davvero enormi sono tra le più calde dell'universo. Le stelle di massa minore, come il Sole, sono più fredde dei loro fratelli giganti. Il grafico di temperature, colori e luminosità delle stelle è chiamato Diagramma Hertzsprung-Russelle, per definizione, mostra anche la massa di una stella, a seconda di dove si trova sulla carta. Se si trova lungo una lunga e sinuosa curva chiamata Sequenza principale, quindi gli astronomi sanno che la sua massa non sarà gigantesca né sarà piccola. La massa più grande e le stelle di massa più piccola cadono al di fuori della sequenza principale.

Gli astronomi sanno bene come nascono, vivono e muoiono le stelle. Questa sequenza di vita e morte si chiama "evoluzione stellare". Il più grande predittore di come si evolverà una stella è il massa con cui nasce, la sua "massa iniziale". Le stelle a bassa massa sono generalmente più fredde e più deboli della loro massa superiore controparti. Quindi, semplicemente osservando il colore, la temperatura di una stella e dove "vive" nel diagramma Hertzsprung-Russell, gli astronomi possono avere una buona idea della massa di una stella. Il confronto di stelle simili di massa nota (come i binari sopra menzionati) fornisce agli astronomi una buona idea di quanto sia grande una data stella, anche se non è un binario.

Naturalmente, le stelle non mantengono la stessa massa per tutta la vita. Lo perdono mentre invecchiano. Consumano gradualmente il loro combustibile nucleare e alla fine subiscono enormi episodi di perdita di massa al fine della loro vita. Se sono stelle come il Sole, lo soffiano dolcemente e formano nebulose planetarie (di solito). Se sono molto più massicci del Sole, muoiono in eventi di supernova, dove i nuclei collassano e poi si espandono verso l'esterno in un'esplosione catastrofica. Questo esplode gran parte del loro materiale nello spazio.

Osservando i tipi di stelle che muoiono come il Sole o muoiono nelle supernovae, gli astronomi possono dedurre cosa faranno le altre stelle. Conoscono le loro masse, sanno come altre stelle con masse simili si evolvono e muoiono, e quindi possono renderne belle buone previsioni, basate su osservazioni di colore, temperatura e altri aspetti che li aiutano a comprenderne masse.

C'è molto di più nell'osservare le stelle oltre alla raccolta di dati. Le informazioni ottenute dagli astronomi sono raggruppate in modelli molto precisi che li aiutano a prevedere esattamente cosa le stelle della Via Lattea e in tutto l'universo faranno come nascono, invecchiano e muoiono, tutte basate sulla loro masse. Alla fine, tali informazioni aiutano anche le persone a capire di più sulle stelle, in particolare sul nostro Sole.

• La massa di una stella è un fattore predittivo importante per molte altre caratteristiche, incluso il tempo di vita.
• Gli astronomi usano metodi indiretti per determinare le masse di stelle poiché non possono toccarle direttamente.
• In genere, le stelle più massicce vivono vite più brevi di quelle meno massicce. Questo perché consumano il loro combustibile nucleare molto più velocemente.
• Le stelle come il nostro Sole sono di massa intermedia e finiranno in modo molto diverso dalle stelle massicce che si faranno esplodere dopo alcune decine di milioni di anni.