как узнать возраст звезды

Как ученые узнают возраст звезд

Астрономам важно знать возраст звезд, чтобы провести различные исследования. Эта информация влияет, как на изучение эволюции Вселенной, так и каждого объекта в отдельности. Например, понимание возраста конкретной звезды позволяет определить успела ли развиться жизнь в ее планетарной системе. Но как ученые способны узнать звездный возраст?

На самом деле, этот процесс может быть довольно сложным, но существует определенная схема. Проще всего разобраться со звездными объектами, которые существуют в скоплениях. Ведущая теория гласит, что звезды в скоплениях появились из одного материала и примерно в одно время. Поэтому состав и возраст этих объектов должны быть схожими.

Жизненный цикл звезды

Можно выделить два главных типа скоплений: шаровые и рассеянные. Первые представляют собою скопления древних объектов, которые по возрасту достигают возраста самой Вселенной. А вот рассеянные скопления включают в себя огромный диапазон возрастов, среди которых есть и юные объекты.

Когда у вас есть целое скопление, то вы наносите на карту цвета и яркость звезд, формируя шаблон. Речь идет о диаграмме Герцшпрунга — Рассела. В ней числятся также спектральный класс и температура звезды. Далее следуем за звездной эволюцией. В определенный период звезды достигают взрослой фазы, переходя на этап главной последовательности. Длительность этой фазы зависит от массы звезды.

Как только создадим график и внесем все необходимые данные, можно определить массу звезд, заканчивающих фазу главной последовательности и переходящих к этапу красных гигантов. Далее в ход вступают компьютерные модели, которые предсказывают, какой возраст у этих звезд в зависимости от массы.

То есть, главную роль здесь играют наблюдения и понимание строения и эволюции звезд. Ученые знают, насколько быстро протекают ядерные реакции внутри звезды, когда осуществляется переход и сколько он длится. Чем массивнее звезда, тем короче длительность каждой стадии. Поэтому можно установить пределы звездного возраста на конкретной стадии.

Однако существуют звезды, которые не входят в состав скоплений. Их возраст определить намного сложнее. Здесь приходится полагаться на спектральный анализ. Изучение спектров выводит нас на состав. Так как звездное развитие заключается в трансформации водорода в гелий, то соотношение этих элементов выведет нас на примерный возраст: чем больше возраст, тем меньше водорода и больше гелия.

Но провести расчет все равно сложно, потому что в ходе эволюции звездный состав меняется, а масса сокращается. А ведь скорость трансформации водорода в гелий зависит от массы и состава звезды. Поэтому исследователям приходится восстанавливать чуть ли не всю историю звезды, затем учесть массу, состав, светимость и провести расчеты. И все это основывается на нашем понимании общего эволюционного пути для всех звезд.

Важно понимать, что все указанные для звезд цифры возрастов – лишь примерные, и они уточняются с улучшением методов наблюдения и расчетов. Например, в одном из последних исследований ученые попытались проследить зависимость между возрастом звезды и скоростью вращения. Команда считает, что вращение должно замедлиться с течением времени. Чтобы это проверить, нужно провести исследования на звездах в скоплениях. Если идея сработает, то будет намного проще узнать возраст одиноких звезд.

Источник

Как определяют возраст солнце/звёзд, что значит 4,5 млрд лет, от чего отталкиваться, св.год понятно, расстояние, а вот возраст солнца, что это значит?

Возраст звезды можно только оценить. Во-первых, звезду надо классифицировать:

Масса определяется по-разному, например, если звезда двойная, то по скорости вращения и размерам двойной системы можно определить массу (закона гравитации достаточно для этого расчёта). Есть и другие косвенные способы, например, относительно массы других уже «взвешенных» звёзд, по расстоянию, блеску и температуре. (Определение массы звезды это такой же большой вопрос как и этот. 🙂 Хорошо, что про массу Вы тут не спрашиваете.)

Самые первые звёзды вселенной (stellar population III) могли получиться из только из водорода и гелия (Лития и бериллия при первичном нуклеосинтезе не могло образоваться лишь незначительное количество.) Завершив свой жизненный цикл они наполнили пространство более тяжёлыми элементами. Следующее поколение (stellar population II) содержат более тяжёлые элементы прямо от рождения. И звёзды поколения I (к которым относят и наше Солнце) еще более «металличным».

Поняв состав звезды, можно смоделировать идущие в них реакции термоядерного синтеза, скорость этих реакций, и время, требуемое на пережигание: водорода в гелий, гелия в углерод, и т.д. вплоть до железа. Какого рода реакции идут в недрах звезды можно понять по совокупности ряда показателей: температура, масса, спектры излучений, какие нейтрино фиксируются от этой звезды и т.д.

Накопленный опыт в классификации звёзд отражён в диаграмме Герцшпрунга-Рассела. Большинство звёзд (это зависит от их массы), начинают свой жизненный путь на «главной последовательности» по этой диаграмме. Тут звёзды пребывают некоторое время пока сжигают водород в гелий. Сроки этой части жизненного цикла звезды зависят от массы и хорошо смоделированы (т.е. согласуются с наблюдениями звёзд, имеющих разный возраст). По этому, ели звезда находится на главной последовательности и имеет массу = 1 массе Солнца, то этот период занимает ≈10млн. лет. Более тяжёлые живут быстрее и меньше, более лёгкие — медленнее и дольше.

Опять же в зависимости от массы звезда «уходит» с главной последовательности и определённое время живёт как красный гигант или белый карлик. В зависимости от массы, скорости собственного вращения, наличия вещества газа в окрестностях и т.п. время жизни может варьироваться.

Вот такая, в общем, довольно зыбкая картина.

Наиболее подходящая для начального ознакомления с темой книга, как мне кажется — это вышедшая совсем недавно (в 2017г) кника С.Б.Попова «Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной» ISBN 978-5-91671-726-6

Источник

Новый метод позволит определить возраст звёзд с большей точностью

Сколько лет каждой из звёзд нашей галактики, возраст которой составляет примерно 13 миллиардов лет?

Новая техника для понимания истории звездообразования Млечного Пути в беспрецедентных деталях позволяет определять возраст звёзд по меньшей мере в два раза точнее, чем это получается при использовании обычных методов, сообщили 10 января исследователи из Аэронавигационного университета Эмбри-Риддла.

Современные методы датирования возраста звёзд, дают 20-процентную или, в лучшем случае, 10-процентную погрешность. Исследователи из Эмбри-Риддла предложили использовать карликовые звёзды (белые карлики) для определения возраста звёзд, что уменьшит погрешность до 5 или даже 3 процентов.

Чтобы этот метод работал, Тэд фон Хиппель (Ted von Hippel) и его команда должны измерить температуру поверхности звезды, определить имеет ли она атмосферу водорода или гелия, а также рассчитать её массу. Температура поверхности может быть определена по цвету звезды и атмосферным составляющим.

“Масса звезды имеет значение, потому что объекты с большей массой имеют больше энергии и требуют больше времени для охлаждения”, – сказал фон Хиппель.

Наконец, определение, наличия водорода или гелия в атмосфере звезды имеет большое значение, поскольку гелий излучает тепло с большей силой, чем водород.

Определить точные массы звёзд, особенно для крупных представителей белых карликов, очень сложно. Однако, теперь у астрономов появился новый метод определения массы таких звёзд.

В этом методе используются данные, полученные с помощью спутника “Гайя” Европейского космического агентства – амбициозной миссии по созданию трёхмерной карты Млечного Пути. Фон Хиппель, вместе с недавним выпускником Эмбри-Риддла Адамом Моссом (Adam Moss), нынешними студентами Изабель Клок (Isabelle Kloc), Джимми Сарджентом (Jimmy Sargent) и Натали Мотиксой (Natalie Moticksa), а также Эллиотом Робинсоном (Elliot Robinson), использовали высокоточные измерения расстояния до звёзд, полученные с помощью “Гайя”.

Используя полученные данные, исследователи могут определить изобилие различных элементов в звезде (её металличность), что затем позволяет уточнить возраст объекта.

Хотя данная работа является предварительной, команда в конечном итоге надеется опубликовать возраст всех звёзд белых карликов, имеющихся в наборе данных “Гайя”. Это может позволить исследователям значительно улучшить понимание звездообразования в Млечном Пути.

Источник

Как узнать возраст звезды

Также можно вычислить массу звезды по орбитальному периоду и состав по спектру излучаемого света

Есть несколько методов определения возраста, которые подходят для разных типов звезд. Вот три из них.

Диаграммы Герцшпрунга-Рассела

Ученым известно, как рождаются звезды, как живут и как умирают. В процессе жизни они сжигают водородное топливо, раздуваются и, в конечном итоге, выбрасывают газ в космос. Продолжительность жизни звезды зависит от ее массы. Более массивные звезды умирают раньше, в то время как менее массивные звезды могут просуществовать миллиарды лет.

Два астронома — Эйнар Герцшпрунг и Генри Норрис Рассел — независимо друг от друга пришли к идее создать график зависимости температуры звезд от их яркости. Сегодня ученые используют обнаруженные ими закономерности для определения возраста звездных скоплений, где светила сформировались одновременно.

«Это не очень точный метод, — говорит астроном Трэвис Меткалф из Института космических наук в Боулдере (штат Колорадо, США). — Тем не менее, это лучшее, что у нас есть».

Скорость вращения

Этот метод использовался при изучении отдельных звезд на протяжении десятилетий, но новые открытия поставили точность формулы под сомнение. Оказывается, некоторые звезды не сбавляют скорость вращения до конца своей жизни. «Вращение — лучший метод определения возраста звезд, которые моложе Солнца», — говорит Меткалф. Для более старых звезд лучше использовать другие методы.

Звездная сейсмология

Новые данные, подтверждающие, что скорость вращения — не лучший способ определения возраста звезд, были получены благодаря телескопу «Кеплера», который охотился за экзопланетами. Именно «Кеплер» позволил выйти звездной сейсмологии на передний план в деле определения возраста звезд.

Наблюдение за мерцанием звезды может дать ключ к разгадке ее возраста. Изменения яркости звезды — это индикатор того, что происходит под поверхностью светила. Возраст же рассчитывается с помощью моделирования, для чего нужен большой набор данных о яркости звезды. Этот метод не подходит астрономам-любителям.

Кроме того, этот новый подход помог обнаружить магнитный кризис среднего возраста нашего Солнца и дал некоторые подсказки об эволюции Млечного пути. Около 10 миллиардов лет назад наша галактика столкнулась с карликовой галактикой. Ученые обнаружили, что звезды карликовой галактики моложе или примерно того же возраста, что и звезды Млечного пути. Таким образом, наш Млечный путь мог формироваться быстрее, чем считалось ранее.

Источник

Голубые странники помогли определить возраст звездных скоплений в Большом Магеллановом Облаке

L. Calçada / Hubble & NASA / ESA

Благодаря звездам, получившим обозначение «голубые странники», астрономы при помощи космического телескопа «Хаббл» смогли определить возраст нескольких звездных скоплений в Большом Магеллановом Облаке. Оказалось, что молодые скопления в галактике компактны по размерам, а старые звездные системы могут иметь самые разные размеры, что необычно, однако может быть объяснено тем, что в галактике выжили только небольшие скопления. Статья опубликована в журнале Nature, кратко о ней рассказывается на сайте телескопа «Хаббл».

Большое Магелланово Облако — одна из карликовых галактик-спутников Млечного Пути. Оно содержит звездные скопления возрастом от нескольких миллионов до нескольких миллиардов лет, в отличие от Млечного Пути, где обнаруживаются, в основном, старые (более десяти миллиардов лет) шаровые скопления. Таким образом у астрономов есть прекрасная возможность исследовать процессы эволюции звездных скоплений в течение длительных временных периодов, в том числе возможность определить колебания размера центральной области скопления.

В работе группа астрономов во главе с Франческо Ферраро (Francesco Ferraro) сообщает о результатах исследований пяти звездных скоплений в Большом Магеллановом Облаке при помощи космического телескопа «Хаббл». В них ученые искали голубые странники — яркие, горячие, голубые звезды, существование которых плохо вписывается в предположение, что все звезды в шаровом скоплении образовались в одно и то же время. Они удобны для наблюдений и достаточно массивны, чтобы быть подверженными процессу центральной сегрегации массы (постепенное уменьшение размера ядра скопления и накопление там массивных звезд). Это, в свою очередь, позволяет использовать такие звезды для оценки возраста звездного скопления. Такой метод получил название «динамические часы».

Один из вариантов образования голубых «странников»

Источник