skoro sve u svemiru ima masu, od atoma i subatomskih čestica (poput onih koje je proučavao Veliki hadronski sudarač) do divovski grozdovi galaksija. Jedine stvari o kojima znanstvenici do sada znaju i koji nemaju masu jesu fotona i gluoni.
Masu je važno znati, ali predmeti na nebu su predaleko. Ne možemo ih dirati i sigurno ih ne možemo izvagati na konvencionalne načine. Pa kako astronomi određuju masu stvari u kosmosu? Komplicirano je.
Zvijezde i misa
Pretpostavimo da a tipična zvijezda prilično je masivan, uglavnom mnogo više od tipičnog planeta. Zašto brinuti o svojoj masi? Te informacije je važno znati jer otkriva tragove o evolucijskoj prošlosti, sadašnjosti i budućnosti zvijezde.
Astronomi mogu koristiti nekoliko neizravnih metoda za određivanje zvjezdane mase. Jedna metoda, nazvana
gravitacijsko leće, mjeri put svjetlosti koji se savija gravitacijskim povlačenjem obližnjeg objekta. Iako je količina savijanja mala, pažljivim mjerenjima može se otkriti masa gravitacijskog povlačenja predmeta koji vrši vuču.Tipična mjerenja zvjezdane mase
Astronomima je trebalo sve do 21. stoljeća da primijene gravitacijsko leće za mjerenje zvjezdanih masa. Prije toga morali su se osloniti na mjerenja zvijezda koje su okruživale zajedničko središte mase, takozvane binarne zvijezde. Masa od binarne zvijezde (dvije zvijezde koje kruže oko zajedničkog težišta) astronomi su prilično lako izmjeriti. Zapravo, sustavi s više zvijezda pružaju primjer iz udžbenika kako shvatiti njihovu masu. To je malo tehničko, ali vrijedi proučiti da biste razumjeli što astronomi moraju učiniti.
Prvo, oni mjere orbite svih zvijezda u sustavu. Oni takoder određuju orbitalne brzine zvijezda i zatim određuju koliko dugo treba određenoj zvijezdi da prođe kroz jednu orbitu. To se naziva "orbitalnim razdobljem".
Izračunavanje mase
Kad se saznaju sve te informacije, astronomi slijede nekoliko izračuna kako bi odredili mase zvijezda. Oni mogu koristiti jednadžbu Vorbita = SQRT (GM / R) gdje SQRT je "kvadratni korijen" a, G je gravitacija, M je masa, i R je polumjer objekta. To je stvar algebre da zadirkuje masu preuređivanjem jednadžbi za koju se treba riješiti M.
Dakle, bez da ikada dotaknu zvijezdu, astronomi koriste matematiku i poznate fizičke zakone da bi utvrdili njenu masu. Međutim, to ne mogu učiniti za svaku zvijezdu. Druga mjerenja pomažu im da utvrde mase zvijezdane u binarnim ili s više zvjezdica. Na primjer, mogu koristiti svjetlinu i temperaturu. Zvijezde različitih svjetlina i temperatura imaju uvelike različite mase. Taj podatak, kada se crta na grafikonu, pokazuje da se zvijezde mogu rasporediti po temperaturi i svjetlini.
Doista masivne zvijezde su među najtoplijim u svemiru. Zvijezde manje mase, poput Sunca, hladnije su od svojih gigantskih braća i sestara. Grafikon zvijezdanih temperatura, boja i svjetlina zove se Hertzsprung-Russell-ov dijagram, a po definiciji također pokazuje masu zvijezde, ovisno o mjestu na karti. Ako leži duž duge, zgusnute krivulje zvane the Glavna sekvenca, tada astronomi znaju da njegova masa neće biti gigantska niti će biti mala. Najveće mase i zvijezde najmanje mase padaju izvan glavne sekvence.
Zvjezdana evolucija
Astronomi se dobro snalaze kako se zvijezde rađaju, žive i umiru. Taj niz života i smrti naziva se "zvjezdana evolucija". Najveći je prediktor kako će se zvijezda razvijati masa s kojom se rađa, njegova "početna masa". Zvijezde niske mase obično su hladnije i zatamnjenije od veće mase kolege. Dakle, jednostavnim gledanjem zvijezde boje, temperature i mjesta gdje ona "živi" u shemi Hertzsprung-Russell, astronomi mogu steći dobru predodžbu o masi zvijezde. Usporedbe sličnih zvijezda poznate mase (poput gore spomenutih binarnih materijala) daju astronomima dobru predstavu o tome koliko je današnja zvijezda masivna, čak i ako nije binarna.
Naravno, zvijezde ne održavaju istu masu cijeli svoj život. Oni ostare. Postupno troše svoje nuklearno gorivo i na kraju dožive ogromne epizode masovnog gubitka na krajevima njihovih života. Ako su zvijezde poput Sunca, lagano ih puše i formiraju (obično) planetarne maglice. Ako su mnogo masivniji od Sunca, oni umiru u događajima supernove, gdje se jezgre urušavaju i zatim proširuju prema van u katastrofalnoj eksploziji. To veliki dio njihovog materijala razbacuje u svemir.
Promatrajući vrste zvijezda koje umiru poput Sunca ili umiru u supernovama, astronomi mogu zaključiti što će činiti druge zvijezde. Znaju svoju masu, znaju kako se druge zvijezde sa sličnim masama razvijaju i umiru, pa mogu učiniti neke lijepe dobra predviđanja koja se temelje na promatranju boje, temperature i drugih aspekata koji im pomažu da razumiju svoje masa.
Mnogo je više promatranja zvijezda nego prikupljanja podataka. Informacije koje astronomi dobivaju presavijene su u vrlo točne modele koji im pomažu da predvidi što točno zvijezde na Mliječnom putu i u cijelom svemiru činit će se kako se rađaju, stare i umiru, a sve na temelju svojih masa. Na kraju, te informacije također pomažu ljudima da razumiju više o zvijezdama, posebno našem Suncu.
Brze činjenice
- Masa zvijezde važan je prediktor za mnoge druge karakteristike, uključujući i koliko dugo će živjeti.
- Astronomi koriste neizravne metode za određivanje mase zvijezda jer ih ne mogu izravno dodirnuti.
- Tipično govoreći, masivnije zvijezde žive kraće od onih manje. To je zato što svoje nuklearno gorivo troše mnogo brže.
- Zvijezde poput našeg Sunca su srednje-mase i završit će na puno drugačiji način od masivnih zvijezda koje će se raznijeti nakon nekoliko desetaka milijuna godina.