كيفية تحديد كتلة النجم

تقريبا كل شيء في الكون له كتلةمن الذرات والجسيمات دون الذرية (مثل تلك التي درسها مصادم هادرون الكبير) إلى مجموعات عملاقة من المجرات. الأشياء الوحيدة التي يعرفها العلماء حتى الآن والتي ليس لها كتلة هي الفوتونات والغلوونات.

من المهم معرفة الكتلة ، لكن الأشياء الموجودة في السماء بعيدة جدًا. لا يمكننا لمسهم ، وبالتأكيد لا يمكننا وزنهم بالوسائل التقليدية. لذا ، كيف يحدد الفلكيون كتلة الأشياء في الكون؟ انه لامر معقد.

افترض أن أ نجم نموذجي ضخم جدًا ، بشكل عام أكثر من كوكب نموذجي. لماذا نهتم بكتلتها؟ هذه المعلومات من المهم أن تعرف لأنه يكشف عن أدلة حول ماضي النجم التطوري وحاضره ومستقبله.

يمكن للفلكيين استخدام عدة طرق غير مباشرة لتحديد الكتلة النجمية. طريقة واحدة تسمى عدسة الجاذبية، يقيس مسار الضوء المنثني بسحب الجاذبية لجسم قريب. على الرغم من أن كمية الانحناء صغيرة ، إلا أن القياسات الدقيقة يمكن أن تكشف عن كتلة الجاذبية للجسم الذي يقوم بالسحب.

استغرق الفلكيون حتى القرن الحادي والعشرين لتطبيق العدسات الجاذبية لقياس الكتل النجمية. قبل ذلك ، كان عليهم الاعتماد على قياسات النجوم التي تدور حول مركز مشترك للكتلة ، ما يسمى بالنجوم الثنائية. كتلة النجوم الثنائية (نجمان يدوران حول مركز جاذبية مشترك) من السهل جدًا على الفلكيين قياسه. في الواقع ، توفر أنظمة النجوم المتعددة مثالاً كتابيًا لكيفية معرفة كتلها. إنها تقنية بعض الشيء ولكنها تستحق الدراسة لفهم ما يجب على الفلكيين فعله.

أولاً ، يقيسون مدارات كل النجوم في النظام. كما أنها تسرع السرعات المدارية للنجوم ثم تحدد المدة التي يستغرقها نجم معين في المرور في مدار واحد. وهذا ما يسمى ب "الفترة المدارية".

بمجرد معرفة كل هذه المعلومات ، يقوم الفلكيون بعد ذلك ببعض الحسابات لتحديد كتل النجوم. يمكنهم استخدام المعادلة V_{يدور في مدار} = SQRT (GM / R) حيث SQRT هو "الجذر التربيعي" أ ، ز هي الجاذبية ، م كتلة ، و ص هو نصف قطر الجسم. إنها مسألة الجبر لإخراج الكتلة من خلال إعادة ترتيب المعادلة لحلها م.

لذا ، دون لمس أي نجم على الإطلاق ، يستخدم الفلكيون الرياضيات والقوانين الفيزيائية المعروفة لمعرفة كتلتها. ومع ذلك ، لا يمكنهم القيام بذلك لكل نجم. قياسات أخرى تساعدهم على معرفة كتل النجومليس في الأنظمة الثنائية أو متعددة النجوم. على سبيل المثال ، يمكنهم استخدام السطوع ودرجات الحرارة. النجوم ذات اللمعان ودرجات الحرارة المختلفة لها كتل مختلفة إلى حد كبير. تظهر هذه المعلومات ، عند رسمها على رسم بياني ، أنه يمكن ترتيب النجوم حسب درجة الحرارة واللمعان.

النجوم الضخمة حقًا من بين النجوم الأكثر سخونة في الكون. النجوم الأقل كتلة ، مثل الشمس ، أبرد من أشقائها العملاقين. الرسم البياني لدرجات حرارة النجوم والألوان والسطوع يسمى مخطط هيرتزبرونغ-راسل، وبحكم التعريف ، تُظهر أيضًا كتلة النجم ، اعتمادًا على مكان وجودها على الرسم البياني. إذا كانت تقع على طول منحنى متعرج طويل يسمى التسلسل الرئيسيعندها يعلم الفلكيون أن كتلته لن تكون عملاقة ولن تكون صغيرة. تقع أكبر النجوم والأصغر كتلة خارج التسلسل الرئيسي.

يمتلك الفلكيون طريقة جيدة للتعامل مع كيفية ولادة النجوم وعيشها وموتها. هذا التسلسل من الحياة والموت يسمى "التطور النجمي". أكبر متنبئ لكيفية تطور النجم هو الكتلة التي ولدت بها ، "كتلتها الأولية". تكون النجوم منخفضة الكتلة بشكل عام أكثر برودة وخافتة من كتلتها الأعلى نظرائه. لذلك ، ببساطة من خلال النظر إلى لون النجم ودرجة حرارته وحيث "يعيش" في مخطط هيرتزبرونغ-راسل ، يمكن للفلكيين الحصول على فكرة جيدة عن كتلة النجم. مقارنات النجوم المماثلة للكتلة المعروفة (مثل الثنائيات المذكورة أعلاه) تعطي الفلكيين فكرة جيدة عن مدى ضخامة نجم معين ، حتى لو لم يكن ثنائيًا.

بالطبع ، النجوم لا تحتفظ بنفس الكتلة طوال حياتها. يفقدونه مع تقدمهم في العمر. إنهم يستهلكون وقودهم النووي تدريجياً ، وفي النهاية ، يواجهون نوبات هائلة من فقدان الكتلة في تنتهي حياتهم. إذا كانت النجوم مثل الشمس ، فإنها تنفجر بلطف وتشكل السدم الكوكبية (عادة). إذا كانت أكبر بكثير من الشمس ، فإنها تموت في أحداث المستعر الأعظم ، حيث تنهار النوى ثم تتوسع إلى الخارج في انفجار كارثي. هذا ينفجر الكثير من موادهم إلى الفضاء.

من خلال مراقبة أنواع النجوم التي تموت مثل الشمس أو تموت في المستعرات الأعظمية ، يمكن لعلماء الفلك استنتاج ما ستفعله النجوم الأخرى. إنهم يعرفون كتلهم ، ويعرفون كيف تتطور النجوم الأخرى ذات الكتل المتشابهة وتموت ، وبالتالي يمكنهم صنع بعض الجمال تنبؤات جيدة ، بناءً على ملاحظات اللون ودرجة الحرارة والجوانب الأخرى التي تساعدهم على فهمها الجماهير.

إن مراقبة النجوم أكثر بكثير من جمع البيانات. يتم طي المعلومات التي يحصل عليها علماء الفلك إلى نماذج دقيقة للغاية تساعدهم على التنبؤ بالضبط النجوم في مجرة ​​درب التبانة وفي جميع أنحاء الكون ستفعل كما تولد ، وتتقدم في العمر ، وتموت ، وكلها تعتمد على نجومها الجماهير. في النهاية ، تساعد هذه المعلومات أيضًا الأشخاص على فهم المزيد عن النجوم ، لا سيما شمسنا.

• تعد كتلة النجم متنبئًا مهمًا للعديد من الخصائص الأخرى ، بما في ذلك المدة التي سيعيشها.
• يستخدم الفلكيون طرقًا غير مباشرة لتحديد كتل النجوم حيث لا يمكنهم لمسها بشكل مباشر.
• بشكل عام ، تعيش النجوم الأكثر ضخامة عمرًا أقصر من النجوم الأقل كتلة. هذا لأنهم يستهلكون وقودهم النووي بشكل أسرع.
• النجوم مثل شمسنا هي كتلة متوسطة وستنتهي بطريقة مختلفة كثيرًا عن النجوم الضخمة التي ستفجر نفسها بعد بضع ملايين من السنين.