Hvordan måler du massen til en stjerne?

Stor hvit stjerne til venstre, ørliten blå stjerne til høyre, mot en stjernespredt bakgrunn.

Kunstners konsept om det binære stjernesystemet til Sirius A og den lille blå følgesvennen, Sirius B, en varm hvit dverg. De 2 stjernene kretser rundt hverandre hvert 50. år. Bilde viaDETTE/ G. Bacon.


Det ermange binære stjerner- to stjerner som roterer rundt et felles massesenter - befolker stjernehimmelen. Faktisk er et stort flertall av alle stjernene vi ser (rundt 85%) er en del av et flerstjerners system med to eller flere stjerner! Dette er heldig for astronomer fordi to stjerner sammen gir en enkel måte å måle sine respektive masser.

For å finne massene av stjerner i doble systemer trenger du bare å vite to ting:halvstore akseeller meneravstandmellom de to stjernene (ofte uttrykt iastronomiske enheter, som er gjennomsnittlig avstand mellom jorden og solen), ogtiddet tar for de to stjernene å rotere rundt hverandre (akaomløpstid, ofte uttrykt i jordår). Med de to observasjonene alene er astronomer i stand til å beregne stjernenes masser, som de vanligvis gjør i enheter av solmasser (det vil si et mål på hvor mange av våre soler stjernen 'veier'. En solmasse er 1,989 x 1030kilo eller omtrent 333 000 ganger massen på planeten vår.).


Vi vil brukeSirius, den lyseste stjernen på nattehimmelen, som et eksempel. Det ser ut som en enkelt stjerne for det blotte øye, men det er også en binær stjerne (og du kanse det selv, hvis du har et lite teleskop). De to stjernene går i bane rundt hverandre med en periode på omtrent 50 jordår, i en gjennomsnittlig avstand på omtrent 20 astronomiske enheter (TIL). Den lysere av de to kalles Sirius A, mens den svakere følgesvennen hans er kjent som Sirius B (Valpen).

Svart bakgrunn med en sentral hvit flekk med pigger, og en liten hvit prikk på venstre side.

Se på ForVM Community Photos.|Michael Teoh |ved Heng Ee Observatory i Penang, Malaysia, tok dette bildet av Sirius A og Sirius B (en hvit dverg) 26. januar 2021. Han brukte 30 1-sekunders eksponering og stablet dem sammen for å få svak Sirius B til å vises. Takk, Michael!

Så hvordan ville astronomer finne massene av Sirius A og B? De ville ganske enkelt koble gjennomsnittsavstanden mellom de to stjernene og deres omløpstid til den brukervennlige formelen nedenfor, først avledet av Johannes Kepler i 1618, og kjent somKeplers tredje lov:

Total masse = avstand3/periode2




Her er avstanden gjennomsnittlig avstand mellom stjernene (eller, mer presist,halvstore akse) i astronomiske enheter, så 20, og omløpstiden er 50 år.

Den resulterende totale massen er omtrent tre solmasser. Vær oppmerksom på at dette ikke er massen til en stjerne, men begge stjernene lagt sammen. Så vi vet at hele det binære systemet er lik tre solmasser.

To overlappende elliptiske baner i rødt med hvite sirkler som beveger seg rundt banene.

Et eksempel på et binært stjernesystem, hvis komponentstjerner kretser rundt et felles massesenter (det røde korset). I denne skildringen har de to stjernene lignende masser. Når det gjelder Sirius binære stjernesystem, har Sirius A omtrent to ganger massen av Sirius B. Bilde viaWikimedia Commons.

For å finne ut massen til hver enkelt stjerne, trenger astronomer å vite middelavstanden til hver stjerne frabarycenter: deres felles massesenter. For å lære dette, stoler de nok en gang på observasjonene sine.


Det viser seg at Sirius B, den mindre massive stjernen, er omtrent dobbelt så langt fra barycenteret enn Sirius A. Det betyr at Sirius B har omtrent halvparten av massen til Sirius A.

Så hvis du vet at hele systemet dreier seg om tre solmasser, kan du utlede at massen til Sirius A er omtrent to solmasser, mens Sirius B stort sett er lik solen vår i masse.

Men hva med stjerner som er alene i stjernesystemene sine, som solen? De binære stjernesystemene er nok en gang nøkkelen: Når vi har beregnet massene for mange stjerner i binære systemer, og vet også hvordanlysendede er, vi merker at det er et forhold mellom demlysstyrkeog massen deres. Med andre ord, for enkeltstjerner trenger vi bare å måle lysstyrken og deretter brukemasse-lysstyrke-forholdfor å finne ut massen deres. Takk, binære filer!

Les mer: Hva er fantastisk lysstyrke?


Les mer: Hva er stjernestørrelse?

Bottom line: For astronomer er binære stjernesystemer et ganske nyttig verktøy for å finne ut stjernemassen.