Hertzsprung–Russell-diagram (H-R): definíció és magyarázat a csillagokról
A Hertzsprung-Russell-diagram sok csillag grafikonja. A csillagok fényessége (azaz, hogy mennyire fényesek) és hőmérséklete (mennyire forróak) közötti kapcsolatot mutatja. Ezek a diagramok nem képek vagy térképek a csillagok helyéről. A Hertzsprung-Russell-diagramok inkább a csillagok fényességét és hőmérsékletét mérő grafikonon ábrázolják az egyes csillagokat. A Hertzsprung-Russell-diagramokat H-R-diagramnak vagy HRD-nek is nevezik.
A Hertzsprung-Russell-diagramra a jobb oldalon láthat egy példát. Ez a diagram a Tejútrendszerünkben található 23 000 csillag mérésein alapul. A Hertzsprung-Russell-diagramot megalkotóiról, Ejnar Hertzsprung és Henry Norris Russell csillagászokról nevezték el.
Mit mutatnak a tengelyek?
Általában az H-R-diagram két alapvető mennyiséget ábrázol:
- Fényesség (luminozitás vagy abszolút magnitúdó) – gyakran a függőleges tengelyen, felül a fényesebb csillagok találhatók. Néha bolometrikus fényességet (összes kibocsátott energia) vagy csak a V-sávbeli abszolút magnitúdót (Mv) használják.
- Hőmérséklet vagy spektrális osztály – a vízszintes tengelyen; itt fontos megjegyezni, hogy a hőmérséklet ritkán növekszik balról jobbra: a forróbb csillagok bal oldalon, a hidegebbek jobb oldalon helyezkednek el. Gyakori a spektrális osztályok (O, B, A, F, G, K, M) vagy a színindex (például B–V) használata.
Fő tartományok az H-R-diagramon
Az H-R-diagramon jól elkülöníthetők a csillagok főbb csoportjai:
- Fő szekvencia (Main Sequence) – a csillagok többsége itt található, ahol a hidrogén héliummá történő fúziója zajlik. A kisebb, hidegebb és gyengébb vörös törpék a jobb alsó sarokban vannak; a nagy tömegű, forró, fényes kék csillagok pedig a bal felső sarokban.
- Óriások és szuperóriások – ezek a fő szekvencián túlnőtt, kiterjedtebb és fényesebb állapotok, általában a fő szekvencia fölött és jobbra találhatók (hűvösebb, de nagyon fényes).
- Fehér törpék – ezek kicsik és nagyon forrók, de alacsony fényességűek, így a diagram bal alsó részén találhatók.
Megjegyzések és típusok
- Megfigyelési vs. elméleti H-R-diagram: a megfigyelési változatok gyakran szín–magnitúdó (color–magnitude) diagramok, mert a hőmérséklet helyett a megfigyelt színindexet (pl. B–V) használják. Az elméleti HR-diagramok fizikai mennyiségeket (luminozitást, effektív hőmérséklet) ábrázolnak.
- Magnitúdó skála: ha abszolút magnitúdót használnak, akkor a kisebb (vagy negatív) magnitúdó fényesebb objektumot jelent; ez fordítva jelenhet meg a függőleges tengelyen (fent fényesebb).
- Spektrális osztályok: a starok színe és spektruma szerint O, B, A, F, G, K, M sorrendben (O a legforróbb, M a leghidegebb).
Miért fontos az H-R-diagram?
Az H-R-diagram a csillagászat egyik alapvető eszköze, mert:
- segít megérteni a csillagok fejlődését és életciklusát (hogyan mozognak a csillagok az HR-diagramon születésüktől halálukig);
- lehetővé teszi csillaghalmazok korának és távolságának becslését (a csillagok helyzete a fő szekvencián és a fényességük alapján — spektrális parallaxis vagy szín–magnitúdó módszerek);
- összehasonlítja a megfigyelést és a csillagfejlődési elméleteket (modellek illesztése a megfigyelt H-R-diagramokhoz).
Rövid történeti megjegyzés
Az H-R-diagramot két csillagász, Ejnar Hertzsprung és Henry Norris Russell fejlesztette ki külön-külön az 1910-es években. Módszerük forradalmasította a csillagok osztályozását és megértését, és ma is a csillagászat alapvető elemzési eszköze.
Összefoglalás
Az H-R-diagram egyszerű, mégis rendkívül informatív módon jeleníti meg a csillagok fizikai állapotát — fényességüket és hőmérsékletüket. A diagram olvasása megmutatja, hogy egy csillag hol tart életciklusában, és összehasonlíthatóvá tesz különböző csillagokat, csillaghalmazokat és elméleteket.
Hertzsprung-Russell-diagram Richard Powell engedélyével.
Egy másik, talán könnyebben érthető nézet
A csillagok fejlődési pályája a H-R diagramon: Nap = 1
Hertzsprung-Russell-diagram rajzolása
A Hertzsprung-Russell-diagram függőleges tengelye a csillagok fényességét vagy fényességét mutatja, mintha mindegyiket ugyanabból a távolságból mérnénk. Egy másik kifejezés erre az abszolút magnitúdó. Minél fényesebb egy csillag, annál magasabb lesz az ábrája ezen a diagramon.
A vízszintes tengely a csillagok felszíni hőmérsékletét mutatja. A hőmérséklet azonban nem emelkedik, hanem csökken, ahogy jobbra haladunk. Vagyis a diagram bal oldala a legmagasabb hőmérsékletű (30 000 Kelvinnél nagyobb) csillagokat tartalmazza, míg a jobb oldali rész a mindössze 3000K hőmérsékletű csillagokat mutatja.
Általánosságban elmondható, hogy egy csillag hőmérséklete összefügg a színével. A táblázat tetején a hőmérséklet mellett a spektrális osztályok is szerepelnek. A legforróbb csillagok kék-fehérek (O osztály), a közepes hőmérsékletűek sárgák (G osztály), a leghidegebbek pedig vörösek (M osztály). (Természetesen, amikor a csillagokról azt mondjuk, hogy "leghűvösebbek", akkor tudnunk kell, hogy a legalacsonyabb hőmérséklet egy csillag esetében majdnem 5000 Fahrenheit-fok.)
Amikor az 1900-as évek elején a Hertzsprung-Russell-diagramokat kidolgozták, a csillagászok még nem tudták, hogyan határozzák meg egy csillag hőmérsékletét. Az első diagramok a csillagok abszolút magnitúdóját (ahol az egyes szám hozzáadása azt jelentette, hogy a fényesség körülbelül két és félszeresére csökken) ábrázolták a színnel szemben, amelyet a kék-fehértől a vörösig terjedő színképosztályok jelentettek.
Sok csillagot tartalmazó régiók
Mint látható, a csillagok a diagramnak csak bizonyos régióiba esnek, ha így ábrázoljuk őket. A Hertzsprung-Russell-diagram egy adott területére eső csillagok fényessége és hőmérséklete hasonló. A fő régió, ahol a csillagok megjelennek, az átlós görbe vonal, amely a bal felső részből (forró és fényes) a jobb alsó részbe (hűvösebb és kevésbé fényes) vezet. Ezt nevezzük a fősorozatnak. A fősorozat felett van egy másik régió, amely a vörös óriásokat tartalmazza. Alatta a fehér törpéket jelképező görbe vonal található.
A csillagok fényesség és hőmérséklet szerinti csoportosítása fontos, amikor a csillagfejlődésről beszélünk. Általában a csillagok a fősorozatban keletkeznek. (Természetesen, amikor azt mondjuk, hogy "a fősorozatban", akkor valójában azt értjük, hogy "olyan fényességűek és hőmérsékletűek, hogy a Hertzsprung-Russell-diagramon a fősorozaton belül ábrázolhatók"). Több milliárd év elteltével vörös óriássá tágulnak. Majd újabb egy-két milliárd év múlva fehér törpékké zsugorodnak.
A tudósok csak az 1930-as és 1940-es években kezdték megérteni a magfúzió szerepét a Naphoz hasonló csillagok létrehozásában és fenntartásában. Manapság a Hertzsprung-Russell-diagramokat használják arra, hogy a csillagok fejlődését képekben mutassák be a diákoknak. Új tudományos elméletek kidolgozására már nem nagyon használják őket.
A Hertzsprung-Russell-diagramon a mi Napunk a fősorozat közepéhez nagyon közel, az 1 fényesség és az 5780 K hőmérséklet metszéspontjában helyezkedik el. Ezért a Nap G osztályú vagy "sárga csillag").
Kérdések és válaszok
K: Mi az a Hertzprung-Russell-diagram?
V: A Hertzsprung-Russell-diagram számos csillag grafikonja, amely a csillagok fényessége és hőmérséklete közötti összefüggést mutatja.
K: A Hertzsprung-Russell-diagramok képek vagy térképek arról, hogy hol helyezkednek el a csillagok?
V: Nem, a Hertzsprung-Russell-diagramok nem képek vagy térképek arról, hogy hol vannak a csillagok. Minden csillagot egy grafikonon ábrázolnak, amely a csillag fényességét és hőmérsékletét méri.
K: Hogy is hívják a Hertzsprung-Russell-diagramokat?
V: A Hertzsprung-Russell-diagramokat H-R-diagramnak vagy HRD-nek is nevezik.
K: Hány csillagot használtak a szövegben szereplő Hertzsprung-Russell-diagram elkészítéséhez?
V: A szövegben szereplő diagram a Tejútrendszerünkben található 23 000 csillag mérésein alapul.
K: Kik voltak a Hertzsprung-Russell-diagram megalkotói?
V: A Hertzsprung-Russell-diagramot a megalkotóiról, Ejnar Hertzsprung és Henry Norris Russell csillagászokról nevezték el.
K: Mit mér a Hertzsprung-Russell-diagram az egyes csillagok esetében?
V: A Hertzsprung-Russell-diagram a csillag fényességét vagy luminozitását méri az egyes csillagok hőmérsékletének függvényében.
K: Mi a jelentősége a Hertzsprung-Russell-diagramnak?
V: A Hertzsprung-Russell-diagram azért jelentős, mert lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy a csillagokat hőmérsékletük és fényességük alapján osztályozzák, valamint támpontokat ad a csillag korára és fejlődési szakaszára vonatkozóan is.
