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恒星的质量是怎么测出来的呢

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恒星的质量是怎么测出来的呢

恒星的质量是怎么测出来的呢

  恒星的质量测量方式有好几种,不同类型的恒星测量方式都不同。

  1、双星系统:

  双星系统中,两颗恒星都绕着他们的质心做椭圆周期运动。

  只要知道双星系统中两颗恒星的距离和周期,就能求出总质量。

  根据轨道得出到质心的距离比,或者测量两颗恒星的光谱多普勒效应,算出速度比,就能算出两颗恒星各自质量。

  2、通过光度推算质量:

  恒星的质量和光度是有关系的,相同类型的恒星,质量越大光度越大。

  其中L和M是太阳的光度和质量,L和M是恒星的光度和质量,a和恒星类型和质量范围有关。

  质量在太阳2倍~20倍的主序星,a约等于3.5,大于太阳20倍质量则a约等于1。

  关于如何测出恒星质量的问题,可以先看看太阳的质量是怎么测出来的。

  地球环绕太阳做近似圆周运动,根据圆周运动规律以及牛顿万有引力定律,只要知道地球和太阳的距离以及地球的公转速度,就能算出太阳的质量。

天文学家如何测出恒星的质量呢?

  在夜空中,通过肉眼直接能够看到的星星几乎全是恒星。

  但由于那些恒星远离地球,我们在地球上无法感受到它们的热量,只能勉强看到它们。

  事实上,恒星本身又大又热,而且距离我们非常遥远,那么,天文学家是如何测出恒星的质量呢?

  太阳的质量

  关于如何测出恒星质量的问题,我们可以先来看看太阳的质量是怎么测出来的。

  太阳是离我们最近的恒星,测出它的质量还是比较容易的。

  地球环绕太阳做近似圆周运动,根据圆周运动规律以及牛顿万有引力定律,可以得到如下的公式:

  由此可见,只要知道地球和太阳的距离以及地球的公转速度,就能算出太阳的质量。

  日地距离可以根据几何法测出来,而地球绕太阳的公转周期是已知的,所以公转速度也能算出来。

  这样就能根据上式算出太阳的质量,约为2×10^30千克,相当于地球质量的33.3万倍。

  其他恒星的质量

  而对于太阳系外的恒星,由于距离十分遥远,它们并没有与太阳系产生明显的引力效应,我们只能通过其他方法来测量它们的质量。

  恒星在其一生的大部分时间里都会进行氢合成氦的核聚变反应,处在这个阶段的恒星比较稳定,这类恒星在银河系中占绝大多数,它们被称为主序星。

  对于处在主序阶段的恒星,它们的质量和光度(辐射功率)是正相关的,因为质量越大,引力坍缩效应越强,导致核心的温度和压力越高,所以核聚变反应越剧烈,单位时间内产生的能量也越多。

  那么,恒星的质量和光度具体有什么关系呢?

  在某种意义上,恒星可以视作不断辐射出光的黑体。

  基于这样的假设,可以根据斯特藩-玻尔兹曼定律,并且结合观测数据,可以推导出恒星的质光关系:

  根据上式,只要测出主序阶段恒星的光度,就能算出它们的质量。

  那么,恒星的光度又是如何测出来的呢?

  恒星的光度代表了它们的实际亮度,这个参数可以通过恒星的视亮度和距离来测量。

  恒星看起来有多亮取决于两个因素,一个是恒星本身的亮度,还有一个是恒星与地球的距离。

  看起来较亮的恒星实际不一定更亮,还要结合距离来看。

  恒星的视亮度很容易测量出来,但测量时需要排除大气层带来的干扰。

  而恒星的距离可以通过多种方式测量出来,主要包括三角视差法、主序星拟合法以及造父变星法。

  以夏季大三角中的织女星为例,这颗恒星的距离被测出来为25光年,视星等为0.03等,所以它的绝对星等为0.60等,由此可得织女星的实际亮度为太阳的49倍。

  再根据质光关系,可以算出织女星的质量约为太阳的2.7倍。

  此外,对于双星系统,恒星的质量更容易测量出来。

  在双星系统中,两颗恒星会在引力的作用下绕着它们的共同质心旋转,遵循开普勒行星运动三大定律。

  只要测出双星的轨道周期和半径,就能算出两颗恒星的质量。

  双星系统在宇宙中非常普遍,估计多达85%的恒星属于双星系统,例如,位于250光年外的角宿一,它是由两颗质量较大的恒星组成,主星角宿一A的质量为太阳的11倍,伴星角宿一B的质量为太阳的7倍。

  角宿一A和B之间的距离只有1900万公里,互相绕行一圈的时间只需4天。

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