Как узнать возраст звезды
Как определяют возраст солнце/звёзд, что значит 4,5 млрд лет, от чего отталкиваться, св.год понятно, расстояние, а вот возраст солнца, что это значит?
Возраст звезды можно только оценить. Во-первых, звезду надо классифицировать:
Масса определяется по-разному, например, если звезда двойная, то по скорости вращения и размерам двойной системы можно определить массу (закона гравитации достаточно для этого расчёта). Есть и другие косвенные способы, например, относительно массы других уже «взвешенных» звёзд, по расстоянию, блеску и температуре. (Определение массы звезды это такой же большой вопрос как и этот. 🙂 Хорошо, что про массу Вы тут не спрашиваете.)
Самые первые звёзды вселенной (stellar population III) могли получиться из только из водорода и гелия (Лития и бериллия при первичном нуклеосинтезе не могло образоваться лишь незначительное количество.) Завершив свой жизненный цикл они наполнили пространство более тяжёлыми элементами. Следующее поколение (stellar population II) содержат более тяжёлые элементы прямо от рождения. И звёзды поколения I (к которым относят и наше Солнце) еще более «металличным».
Поняв состав звезды, можно смоделировать идущие в них реакции термоядерного синтеза, скорость этих реакций, и время, требуемое на пережигание: водорода в гелий, гелия в углерод, и т.д. вплоть до железа. Какого рода реакции идут в недрах звезды можно понять по совокупности ряда показателей: температура, масса, спектры излучений, какие нейтрино фиксируются от этой звезды и т.д.
Накопленный опыт в классификации звёзд отражён в диаграмме Герцшпрунга-Рассела. Большинство звёзд (это зависит от их массы), начинают свой жизненный путь на «главной последовательности» по этой диаграмме. Тут звёзды пребывают некоторое время пока сжигают водород в гелий. Сроки этой части жизненного цикла звезды зависят от массы и хорошо смоделированы (т.е. согласуются с наблюдениями звёзд, имеющих разный возраст). По этому, ели звезда находится на главной последовательности и имеет массу = 1 массе Солнца, то этот период занимает ≈10млн. лет. Более тяжёлые живут быстрее и меньше, более лёгкие — медленнее и дольше.
Опять же в зависимости от массы звезда «уходит» с главной последовательности и определённое время живёт как красный гигант или белый карлик. В зависимости от массы, скорости собственного вращения, наличия вещества газа в окрестностях и т.п. время жизни может варьироваться.
Вот такая, в общем, довольно зыбкая картина.
Наиболее подходящая для начального ознакомления с темой книга, как мне кажется — это вышедшая совсем недавно (в 2017г) кника С.Б.Попова «Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной» ISBN 978-5-91671-726-6
Как ученые узнают возраст звезд
Астрономам важно знать возраст звезд, чтобы провести различные исследования. Эта информация влияет, как на изучение эволюции Вселенной, так и каждого объекта в отдельности. Например, понимание возраста конкретной звезды позволяет определить успела ли развиться жизнь в ее планетарной системе. Но как ученые способны узнать звездный возраст?
На самом деле, этот процесс может быть довольно сложным, но существует определенная схема. Проще всего разобраться со звездными объектами, которые существуют в скоплениях. Ведущая теория гласит, что звезды в скоплениях появились из одного материала и примерно в одно время. Поэтому состав и возраст этих объектов должны быть схожими.
Жизненный цикл звезды
Можно выделить два главных типа скоплений: шаровые и рассеянные. Первые представляют собою скопления древних объектов, которые по возрасту достигают возраста самой Вселенной. А вот рассеянные скопления включают в себя огромный диапазон возрастов, среди которых есть и юные объекты.
Когда у вас есть целое скопление, то вы наносите на карту цвета и яркость звезд, формируя шаблон. Речь идет о диаграмме Герцшпрунга — Рассела. В ней числятся также спектральный класс и температура звезды. Далее следуем за звездной эволюцией. В определенный период звезды достигают взрослой фазы, переходя на этап главной последовательности. Длительность этой фазы зависит от массы звезды.
Как только создадим график и внесем все необходимые данные, можно определить массу звезд, заканчивающих фазу главной последовательности и переходящих к этапу красных гигантов. Далее в ход вступают компьютерные модели, которые предсказывают, какой возраст у этих звезд в зависимости от массы.
То есть, главную роль здесь играют наблюдения и понимание строения и эволюции звезд. Ученые знают, насколько быстро протекают ядерные реакции внутри звезды, когда осуществляется переход и сколько он длится. Чем массивнее звезда, тем короче длительность каждой стадии. Поэтому можно установить пределы звездного возраста на конкретной стадии.
| Класс | Температура,K | Истинный цвет | Видимый цвет | Основные признаки |
|---|---|---|---|---|
| O | 30 000—60 000 | голубой | голубой | Слабые линии нейтрального водорода, гелия, ионизованного гелия, многократно ионизованных Si, C, N. |
| B | 10 000—30 000 | бело-голубой | бело-голубой и белый | Линии поглощения гелия и водорода. Слабые линии H и К Ca II. |
| A | 7500—10 000 | белый | белый | Сильная бальмеровская серия, линии H и К Ca II усиливаются к классу F. Также ближе к классу F начинают появляться линии металлов |
| F | 6000—7500 | жёлто-белый | белый | Сильны Линии H и К Ca II, линии металлов. Линии водорода начинают ослабевать. Появляется линия Ca I. Появляется и усиливается полоса G, образованная линиями Fe, Ca и Ti. |
| G | 5000—6000 | жёлтый | жёлтый | Линии H и К Ca II интенсивны. Линия Ca I и многочисленные линии металлов. Линии водорода продолжают слабеть, Появляются полосы молекул CH и CN. |
| K | 3500—5000 | оранжевый | желтовато-оранжевый | Линии металлов и полоса G интенсивны. Линии водорода почти не заметно. Появляется полосы поглощения TiO. |
| M | 2000—3500 | красный | оранжево-красный | Интенсивны полосы TiO и других молекул. Полоса G слабеет. Все ещё заметны линии металлов. |
Однако существуют звезды, которые не входят в состав скоплений. Их возраст определить намного сложнее. Здесь приходится полагаться на спектральный анализ. Изучение спектров выводит нас на состав. Так как звездное развитие заключается в трансформации водорода в гелий, то соотношение этих элементов выведет нас на примерный возраст: чем больше возраст, тем меньше водорода и больше гелия.
Но провести расчет все равно сложно, потому что в ходе эволюции звездный состав меняется, а масса сокращается. А ведь скорость трансформации водорода в гелий зависит от массы и состава звезды. Поэтому исследователям приходится восстанавливать чуть ли не всю историю звезды, затем учесть массу, состав, светимость и провести расчеты. И все это основывается на нашем понимании общего эволюционного пути для всех звезд.
Важно понимать, что все указанные для звезд цифры возрастов – лишь примерные, и они уточняются с улучшением методов наблюдения и расчетов. Например, в одном из последних исследований ученые попытались проследить зависимость между возрастом звезды и скоростью вращения. Команда считает, что вращение должно замедлиться с течением времени. Чтобы это проверить, нужно провести исследования на звездах в скоплениях. Если идея сработает, то будет намного проще узнать возраст одиноких звезд.
Как узнать возраст звезды
Также можно вычислить массу звезды по орбитальному периоду и состав по спектру излучаемого света
Есть несколько методов определения возраста, которые подходят для разных типов звезд. Вот три из них.
Диаграммы Герцшпрунга-Рассела
Ученым известно, как рождаются звезды, как живут и как умирают. В процессе жизни они сжигают водородное топливо, раздуваются и, в конечном итоге, выбрасывают газ в космос. Продолжительность жизни звезды зависит от ее массы. Более массивные звезды умирают раньше, в то время как менее массивные звезды могут просуществовать миллиарды лет.
Два астронома — Эйнар Герцшпрунг и Генри Норрис Рассел — независимо друг от друга пришли к идее создать график зависимости температуры звезд от их яркости. Сегодня ученые используют обнаруженные ими закономерности для определения возраста звездных скоплений, где светила сформировались одновременно.
«Это не очень точный метод, — говорит астроном Трэвис Меткалф из Института космических наук в Боулдере (штат Колорадо, США). — Тем не менее, это лучшее, что у нас есть».
Скорость вращения
Этот метод использовался при изучении отдельных звезд на протяжении десятилетий, но новые открытия поставили точность формулы под сомнение. Оказывается, некоторые звезды не сбавляют скорость вращения до конца своей жизни. «Вращение — лучший метод определения возраста звезд, которые моложе Солнца», — говорит Меткалф. Для более старых звезд лучше использовать другие методы.
Звездная сейсмология
Новые данные, подтверждающие, что скорость вращения — не лучший способ определения возраста звезд, были получены благодаря телескопу «Кеплера», который охотился за экзопланетами. Именно «Кеплер» позволил выйти звездной сейсмологии на передний план в деле определения возраста звезд.
Наблюдение за мерцанием звезды может дать ключ к разгадке ее возраста. Изменения яркости звезды — это индикатор того, что происходит под поверхностью светила. Возраст же рассчитывается с помощью моделирования, для чего нужен большой набор данных о яркости звезды. Этот метод не подходит астрономам-любителям.
Кроме того, этот новый подход помог обнаружить магнитный кризис среднего возраста нашего Солнца и дал некоторые подсказки об эволюции Млечного пути. Около 10 миллиардов лет назад наша галактика столкнулась с карликовой галактикой. Ученые обнаружили, что звезды карликовой галактики моложе или примерно того же возраста, что и звезды Млечного пути. Таким образом, наш Млечный путь мог формироваться быстрее, чем считалось ранее.
Новости
Время работы: с 10:00 до 21:00,
Выходной день: вторник
«Ретро-кафе»: в дни работы Планетария с 10:00 до 20:00.
Музей «Лунариум» временно закрыт
+7 (495) 221-76-90
АО «Планетарий» © 2017 г. Москва, ул.Садовая-Кудринская, д. 5, стр. 1
Как ученые узнали возраст звезд и галактик?
13 октября в 19:00 Московский Планетарий открывает новый сезон цикла лекций «Трибуна ученого». Первая лекция нового сезона будет посвящена звездам, галактикам и тому, каким образом ученые смогли определить их возраст.
По ставшей уже доброй традиции, новый сезон «Трибуны ученого» откроется в конференц-зале Планетария лекцией доктора физико-математических наук, профессора кафедры астрофизики и звездной астрономии ГАИШ МГУ, действительного члена Международной АН ВШ, члена Международного астрономического союза, члена Европейского астрономического общества, члена Евроазиатского астрономического общества, члена Ученого совета Московского Планетария, выпускника астрономического кружка Московского Планетария Анатолия Владимировича Засова под названием «Как узнали возраст звезд и галактик?».
Звезды и галактики существовали уже тогда, когда нашей Земли еще не было в природе, но узнать их возраст – задача непростая, ведь речь может идти о сотнях миллионов или даже миллиардах лет. Решение этой задачи очень важно для понимания того, как эволюционирует окружающий мир, когда в нем появились первые звезды и звездные системы, и стало возможным формирование планет типа Земли.
Лекция сопровождается презентацией. После лекции все желающие могут задать вопросы ученому по представленной теме.
«Трибуна ученого» призвана укрепить позиции Планетария как крупнейшего центра популяризации естественно-научных знаний, где выдающиеся ученые дают ответы на самые актуальные вопросы современной науки.
Цикл лекций «Трибуна ученого» рассчитан, прежде всего, на тех, кто действительно интересуется астрономией, физикой и наукой в целом, кто хочет быть в курсе современных научных достижений, кто нацелен на получение более глубоких знаний. «Трибуна ученого» проводится ежемесячно, с осени по весну.
Здравствуйте, И вообще, что было до создания вселенной? ТОлько не надо писать, что вообще ничего не было, т. к. моему мозгу это тяжело представить!
Чтобы выяснить, как из кусков тёмной материи Вселенной смогли эволюционировать искрящиеся современные галактики, ученые должны вначале решить центральную проблему – определить возраст галактики.
Астроном Джейсон Калирай (Jason Kalirai) из Научного института космического телескопа предпринял большой шаг на пути к разгадке этой тайны. Он использовал недавно погибшие звезды, которые когда-то были похожи на Солнце, как ключ для определения возраста галактики.
Проанализировав 4 таких мертвых звезды, Калирай определил, что внутреннее гало звезд Млечного Пути имеет возраст около 11,4 миллиарда лет. Гало – это сферическое облако объектов, которые неупорядоченно вращаются вокруг центра галактики, как это делают Солнце и другие звезды Млечного Пути.
Калирай взял горстку звезд, которые, как считается, являются частью внутреннего гало, определил их возраст и предположил, откуда они могли притянуться. Он выбрал звезды, так называемые белые карлики, потому что они являются простыми звездами, по свету которых можно определить их массу и температуру. Со звездами, сжигающими водород, такие измерения провести нельзя.
Белые карлики – это то, что остается от звезд, подобных нашему Солнцу, когда они сжигают весь водород и теряют свои внешние слои. Они в 1 миллион раз плотнее, чем самое плотное вещество на нашей планете.
Примерно 98 процентов звезд в нашей галактике окончат свой век, превратившись в белых карликов.
Калирай выделил несколько звезд, которые стали белыми карликами совсем недавно, поэтому сохранили часть особенностей звезд, которыми они когда-то были. Например, можно определить их массу и температуру. Эти данные помогут узнать их возраст.
Как и когда это происходит, пока ученые только пытаются выяснить. Новая, предложенная Калирай техника позволит сравнить популяции звезд гало. Это позволяет вычислить время, когда стала собираться наша галактика.