Wirowanie może opowiedzieć o wieku gwiazdy
Wir gwiazdy mówi jej wiek
Astronomowie używają plam gwiazdowych, aby zobaczyć, jak szybko obraca się gwiazda; ze swoich badań mogą dowiedzieć się, ile lat ma gwiazda. Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Astronomowie dysponują kilkoma narzędziami do badania gwiazd, które pozwalają im określić wiek względny, na przykład patrząc na ich temperaturę i jasność. Ogólnie, czerwonawe i pomarańczowe gwiazdy są starsze i chłodniejsze, podczas gdy niebieskobiałe gwiazdy są gorętsze i młodsze. Gwiazdy takie jak Słońce można uznać za „w średnim wieku”, ponieważ ich wiek plasuje się gdzieś pomiędzy chłodnymi czerwonymi starszymi a gorącym młodszym rodzeństwem. Ogólna zasada jest taka, że gorętsze i znacznie bardziej masywne gwiazdy, takie jak niebieskawe gwiazdy pokazane na tym zdjęciu, prawdopodobnie będą żyć krócej. Ale jakie istnieją wskazówki, aby powiedzieć astronomom, jak długo będą trwać te życia?
Ten obszar kosmosu zawiera bardzo gorące, młode gwiazdy. To, jak długo żyją i jak umierają, mówi wiele o cyklach życia gwiazd w kosmosie. Bardzo masywna gwiazda R136a1 leży w tym regionie gwiazdotwórczym w Wielkim Obłoku Magellana (galaktyka sąsiadująca z Drogą Mleczną). NASA/ESA/STScI
Istnieje niezwykle przydatne narzędzie, którego astronomowie mogą użyć do określenia wieku gwiazd, który jest bezpośrednio powiązany z tym, ile lat ma gwiazda. Wykorzystuje prędkość wirowania gwiazdy (to znaczy, jak szybko kręci się wokół własnej osi). Jak się okazuje, wraz ze starzeniem się gwiazd prędkość rotacji spada. Ten fakt zaintrygował zespół badawczy w Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics , kierowany przez astronoma Sorena Meiboma. Postanowili skonstruować zegar, który może mierzyć spiny gwiazd, a tym samym określać wiek gwiazdy.
Dlaczego znajomość wieku gwiazdy jest ważna?
Umiejętność określenia wieku gwiazd jest podstawą do zrozumienia, jak zjawiska astronomiczne obejmujące gwiazdy i ich towarzyszy rozwijają się w czasie. Znajomość wieku gwiazdy jest ważna z wielu powodów, które mają związek z formacja gwiazd stawki w galaktykach, a takżetworzenie planet.
Koncepcja artysty dysku protoplanetarnego wokół nowo powstałej gwiazdy. NASA
Jest to również szczególnie istotne w poszukiwaniu śladów obcego życia poza naszym Układem Słonecznym. Życie na Ziemi zajęło dużo czasu, zanim osiągnęło złożoność, którą dzisiaj znajdujemy. Dzięki dokładnemu zegarowi gwiezdnemu astronomowie mogą identyfikować gwiazdy z planetami tak starymi jak nasze Słońce lub starszymi.
Obrót gwiazdy opowiada historię
Szybkość wirowania gwiazdy zależy od jej wieku, ponieważ z czasem stopniowo zwalnia, tak jak obracający się blat na stole zwalnia po kilku minutach. Obroty gwiazdy zależą również od jej masy. Astronomowie odkryli, że większe, cięższe gwiazdy mają tendencję do wirowania szybciej niż mniejsze, lżejsze. Istnieje ścisły matematyczny związek między masą, spinem i wiekiem. Zmierz dwie pierwsze, a trzecią stosunkowo łatwo obliczyć.
Artystyczne wrażenie białego karła na orbicie z pulsarem PSR J2222-0137. To może być najfajniejszy i najciemniejszy biały karzeł, jaki kiedykolwiek zidentyfikowano. Szybkość wirowania tej gwiazdy daje astronomom wskazówki dotyczące jej procesu starzenia. B. Saxton (KRAO/AUI/NSF)
Metoda ta została po raz pierwszy zaproponowana w 2003 roku przez astronoma Sydneya Barnesa z Instytutu Fizyki Leibniza w Niemczech. Od greckich słów nazywa się to „gyrochronologią” Gyros (obrót), chronos (czas/wiek) oraz logo (nauka). Aby wieki żyrochronologii były dokładne i precyzyjne, astronomowie muszą kalibrować swoje nowe zegary gwiezdne, mierząc okresy obrotu gwiazd o znanym wieku i masach. Meibom i jego koledzy wcześniej badali gromadę gwiazd sprzed miliarda lat. To nowe badanie bada gwiazdy w gromadzie mającej 2,5 miliarda lat, znanej jako NGC 6819, znacznie rozszerzając w ten sposób zakres wiekowy.
Pomiar rotacji gwiazdy nie jest łatwym zadaniem. Nikt nie może stwierdzić po prostu patrząc na gwiazdę, jak szybko się obraca. Astronomowie szukają więc zmian jasności spowodowanych ciemnymi plamami na jego powierzchni — gwiezdnym odpowiednikiem plamy słoneczne . Są częścią Słońca normalna aktywność i mogą być śledzone tak jak gwiazdy. Jednak w przeciwieństwie do naszego Słońca, odległa gwiazda jest nierozwiązanym punktem świetlnym. Tak więc astronomowie nie mogą bezpośrednio zobaczyć plamy słonecznej przecinającej dysk gwiazdy. Zamiast tego obserwują, jak gwiazda nieco ciemnieje, gdy pojawia się plama słoneczna, i ponownie rozjaśnia się, gdy plama słoneczna znika z pola widzenia.
Zmiany te są bardzo trudne do zmierzenia, ponieważ typowa gwiazda słabnie o znacznie mniej niż 1 procent. A czas jest problemem. W przypadku Słońca może minąć kilka dni, zanim plama słoneczna przetnie twarz gwiazdy. To samo dotyczy gwiazd z plamami gwiezdnymi. Niektórzy naukowcy poradzili sobie z tym, wykorzystując dane z NASA polowanie na planety Kepler statek kosmiczny , który zapewnił precyzyjne i ciągłe pomiary jasności gwiazd.
Jeden zespół zbadał więcej gwiazd ważących od 80 do 140 procent więcej niż Słońce. Byli w stanie zmierzyć spiny 30 gwiazd o okresach od 4 do 23 dni, w porównaniu z obecnym 26-dniowym okresem wirowania Słońca. Osiem gwiazd w NGC 6819 najbardziej podobnych do Słońca ma średni okres wirowania wynoszący 18,2 dni, co silnie sugeruje, że okres wirowania Słońca miał mniej więcej tyle samo, gdy miał 2,5 miliarda lat (około 2 miliardy lat temu).
Następnie zespół ocenił kilka istniejących modeli komputerowych, które obliczają tempo wirowania gwiazd na podstawie ich mas i wieku, i określił, który model najlepiej pasuje do ich obserwacji.
Szybkie fakty
- Szybkość wirowania pomaga astronomom określić informacje o wieku i ewolucji gwiazdy.
- Naukowcy nieustannie badają tempo wirowania, aby zrozumieć, jak różne typy gwiazd zmieniają się w czasie.
- Nasze Słońce, podobnie jak inne gwiazdy, obraca się wokół własnej osi.