Cum se calculeaza masa unei stele?

2018 in Stiinta

De la atomi si particule sub-atomice si pana la giganticele grupuri de galaxii, aproape toate lucrurile din Univers au masa. Singurele lucruri cunoscute pana in prezent fara masa sunt fotonii si gluonii.

Steaua supergigant VY Canis Majoris - Observatorul Rutherford. Una dintre cele mai mari si masive stele descoperite vreodata.

Dar corpurile ceresti sunt foarte indepartate de noi (cea mai apropiata stea se afla la 150 de milioane de kilometri distanta), asa ca nu prea poti sa... le pui pe cantar. Totusi, cum determina astronomii masa lor?

Stelele si masa lor

O stea obisnuita este de regula foarte mare, in orice caz, mult mai mare decat o planeta. Astronomii au la indemana cateva metode indirecte pentru a determina masa stelelor.

Una ditre ele, efectul de lentila gravitationala (eng. gravitational lensing) masoara traiectoria luminii ce este indoita de forta de atractie gravitationala a unui obiect apropiat.

Chiar daca indoirea este infima, prin masuratori atente se poate determina masa obiectului ce o produce.

Masurarea unei stele obisnuite

De-abia in secolul XXI oamenii de stiinta au reusit sa masoare masa stelelor cu ajutorul metodei lentilei gravitationale.

lentila gravitationala

Lentila gravitationala.

Inainte de implementarea acestei metode, astronomii masurau doar masele stelelor in cazul special al sistemelor binare (doua stele ce orbiteaza in jurul unui centru de masa comun), mai usor de calculat.

De fapt, sistemele binare sau multiple constituie un exemplu de manual pentru calculul masei stelare:

1. Mai intai, astronomii masoara orbitele tuturor stelelor din sistem. Masoara apoi si viteza orbitala a stelelor pentru a afla timpul necesar unei stele sa realizeze o revolutie completa pe orbita - sau perioada orbitala.

2. Dupa ce afla toate aceste informatii, astronomii fac cateva calcule pentru a obtine masa stelara. Viteza orbitala a stelelor poate fi calculata cu ajutorul ecuatiei:

Vorbitala=√GM/R

unde G reprezinta gravitatia, M este masa iar R este raza obiectului. Cu ajutorul algebrei simple obtinem valoarea lui M. Matematic, se procedeaza similar pentru determinarea perioadei orbitale.

Astfel, fara a "atinge" in vreun fel steaua, astronomii folosesc observatii si calcule matematice pentru a-i determina masa. Totusi aceasta metoda este valabila doar in cazul sistemelor binare.

Pentru stelele singuratice se vor masura alte caracteristici ale stelei - luminozitatea si temperatura. Masa stelara variaza semnificativ in functie de aceste aspecte, relevante odata aranjate in grafice.

Stelele foarte masive sunt printre cele mai fierbinti obiecte din Univers, in vreme ce stelele cu masa mai mica, cum ar fi Soarele nostru, sunt mult mai reci.

Graficul temperaturii, al culorilor si al luminozitatii stelelor poarta numele de Diagrama Hertzsprung-Russell si, prin definitie, va arata si masa stelei, in functie de pozitia pe care o ocupa. Stelele cele mai mari si cele mai mici nu intra in Secventa Principala (eng. - Main Sequence).

Diagrama Hertzsprung-Russell.

Evolutia Stelara

Astronomii au o idee destul de clara asupra modului cum stelele se nasc, cum traiesc si cum mor. Acesta poarta numele de Evolutie Stelara. Indiciul cel mai important al felului cum va evolua o stea este masa ei initiala, la nastere. Stelele cu masa mai mica sunt, in general mai reci si mai putin stralucitoare fata de surorile lor cu masa mare.

Prin urmare, doar constatand culoarea, temperatura si pozitia stelei in Diagrama Hertzsprung-Russell, astronomii isi vor face o idee asupra masei acesteia, comparand rezultatele cu stele similare din sisteme binare, cu mase cunoscute.

Desigur, stelele nu vor avea aceeasi masa in decursul existentei lor. Aceasta se va pierde, treptat, in decursul miliardelor de ani de viata. In timp, combustibilul nuclear al stelei este consumat, la moartea stelei avand loc o pierdere masiva de masa.

Daca vorbim de o stea similara cu Soarele nostru, aceasta pierdere se va face treptat in timp, la final dand nastere, de obicei, unei nebuloase planetare (eng. - planetary nebulae).

Stelele mult mai masive decat Soarele mor in explozii violente numite supernove, ce expulzeaza in spatiu materia stelei. Observarea stelelor masive si a celor de marimea Soarelui ajuta astronomii sa faca previziuni corecte legate de destinul altor stele.

Observarea stelelor nu inseamna doar adunarea datelor, toate aceste informatii acumulate ajuta astronomii sa creeze modele de mare precizie, ce pot prezice felul in care stelele din Calea Lactee si nu numai, se nasc, imbatranesc si mor.