Podczas pomiarów różnych fizycznych właściwości gwiazd zbiera się mnóstwo danych, nad którymi czasami ciężko jest zapanować. Dlatego astronomowie lubią tworzyć diagramy lub wykresy, które mogą w prosty i wizualny sposób te dane przedstawiać. Jeden z takich diagramów został niezależnie wymyślony przez dwóch astronomów — Ejnara Hertzsprunga i Henry’ego Norrisa Russela.

Autorem artykułu jest Kamil Ciebiera.

Diagram Hertzpunga-Russela (H-R)

Występuje on w jednym z dwóch wariantów (a często nawet obydwa są na tym samym diagramie) – jako wykres mocy promieniowania od temperatury gwiazdy lub jako wykres jasności absolutnej od koloru (co przy odpowiednim skalowaniu daje te same wykresy). Za pomocą tego diagramu można podzielić gwiazdy na kilka grup, które odpowiadają etapom rozwoju typowych gwiazd — ciąg główny, olbrzymy i białe karły.

R. Hollow, CSIRO

Ewolucja Gwiazd, czyli jak mija życie gwiazdy?

Na początku jest gaz, głównie mieszanina wodoru i helu. Wskutek różnych nierówności gęstości tego gazu zaczyna on powoli na siebie spadać, tworząc coraz gęstszy rejon materii, zwany protogwiazdą aż staje się on tak gęsty i gorący, że zaczyna się w nim fuzja termojądrowa. W ten sposób powstaje gwiazda. Przez większość swojego życia będzie ona w ciągu głównym, czyli będzie spalać wodór w hel. W tej fazie jest m.in. nasze Słońce.

NASA

To jak długo gwiazda będzie żyła, zależy od jej masy, im gwiazda cięższa, tym krócej będzie żyła. Największe gwiazdy żyją kilka milionów lat, a te najmniejsze nawet biliony lat. Z ciągiem głównym jest również związana zależność między jasnością a masą gwiazdy. Otóż jasność jest proporcjonalna do masy w potędze , czyli jeżeli gwiazda jest 2 razy bardziej masywna, to świeci 11 razy mocniej. Gwiazdą, do której się odnosimy, może być Słońce.

Gdy gwiazda spali większość wodoru, jej jądro zaczyna znowu się ściskać, aż staje się tak gorące, że zaczyna się synteza helu w cięższe pierwiastki. Ta znowu produkuje więcej energii i tym samym „rozdmuchuje” zewnętrzne warstwy gwiazdy, przez co ta zaczyna mocniej świecić i znacząco się powiększa, stając się olbrzymem. Co się stanie dalej, zależy od masy gwiazdy:

• Jeżeli gwiazda ma mniej niż 8 mas słońca, na końcu swego życia odrzuca zewnętrzne warstwy, a jej jądro zostaje ściśnięte. Po gwieździe pozostanie biały karzeł, który powoli stygnie, aż zmienia się w czarnego karła. Czarne karły jeszcze nie istnieją, bo żadne białe karły nie miały czasu się ostudzić.
• Jeżeli gwiazda ma więcej niż 8 mas Słońca, to jest w stanie zacząć fuzję pierwiastków cięższych od węgla, aż do żelaza, którego spalanie nie daje energii. Powoduje to nagły spadek mocy promieniowania gwiazdy, przez co ta zapada się na siebie, a następnie wybucha jako supernowa. Po wybuchu zostaje jeden z dwóch obiektów.
  • Jeśli jądro gwiazdy miało mniej niż 3 masy Słońca, to zostaje gwiazda neutronowa.
  • Jeśli więcej, to jądro ma tak mocną grawitację, że zapada się jeszcze bardziej, to powstaje czarna dziura.

Typ widmowy

Na diagramie H-R wyżej na dolnej krawędzi zaznaczona jest ciekawa wielkość — wskaźnik barwy (ang. colour index) i typ widmowy (ang. spectral class). Są to dwie bardzo blisko związane ze sobą klasyfikacje gwiazd.

Wskaźnik barwy jest to różnica w jasności gwiazdy w dwóch różnych kolorach, wyrażona w wielkościach gwiazdowych (magnitudo). Najczęściej spotykane filtry do mierzenia jasności w kolorze to U — nadfiolet, B — niebieski, V — zielono-żółty (od visible), R — czerwony i I — podczerwony (infrared). Wskaźnik podaje się jako różnicę jasności w filtrach (najczęściej kolejnych) np. B-V albo U-B.

Typ widmowy to klasyfikacja oparta na widmie gwiazdy, biorąca pod uwagę jej temperaturę, ciśnienie i skład chemiczny. Gwiazdy są klasyfikowane na podstawie temperatury i widocznych linii absorpcyjnych. Klasy w kolejności od najgorętszej do najzimniejszej to O B A F G K M. Daną klasę dzieli się potem na podklasy od 0 do 9, gdzie 0 to najgorętsze gwiazdy a 9 to najzimniejsze w danej klasie. Łącznie z podklasą gwiazdę opisuje się jako np. G5 albo A3. Aby zapamiętać kolejność klas, często wykorzystuje się mnemotechniki, jednym z popularnych angielskich jest Oh, Be A Fine Girl (Guy), Kiss Me.

Te dwie wielkości: typ widmowy i wskaźnik barwy, są mocno powiązane, ponieważ obie mierzą temperaturę gwiazdy. Im gorętsza gwiazda, tym wcześniejszy ma typ widmowy i tym mocniej świeci w krótszych falach niż w dłuższych.