الاحصائيات النجمية من الفضاء الخارجي

ما هو نصف القطر النجمي؟

تم قياس الأحجام الزاوية للعملاق الأحمر الساطع والنجوم العملاقة لأول مرة مباشرة خلال عشرينيات القرن الماضي باستخدام مبدأ تداخل الضوء، فقط النجوم الساطعة ذات الحجم الزاوي الكبير يمكن قياسها بهذه الطريقة، وشريطة أن تكون المسافة إلى النجم معروفة يمكن تحديد نصف القطر المادي.

توفر ثنائيات الكسوف أيضاً بيانات شاملة حول الأبعاد النجمية، يوفر توقيت الكسوف الحجم الزاوي لأي كائن غامض، وبالتالي فإن تحليل منحنيات الضوء لثنائيات الكسوف يمكن أن يكون وسيلة مفيدة لتحديد أبعاد النجوم القزمة أو العملاقة، ومع ذلك فإن أعضاء الأنظمة الثنائية القريبة يخضعون في بعض الأحيان للتأثيرات التطورية والتبادل الجماعي والاضطرابات الأخرى التي تغير تفاصيل أطيافهم.

تم تطوير طريقة أكثر حداثة تسمى قياس التداخل البقع لإعادة إنتاج الأقراص الحقيقية للنجوم العملاقة الحمراء ولحل الثنائيات الطيفية مثل كابيلا، ظاهرة البقع هي تأثير حيود التداخل سريع التغير والذي يُرى في صورة حيود مكبرة للغاية لنجم يتم ملاحظته بواسطة تلسكوب كبير.

إذا تم معرفة الحجم المطلق للنجم ودرجة حرارته فيمكن حساب حجمه، تحدد درجة الحرارة المعدل الذي تنبعث به الطاقة من كل وحدة مساحة ويعطي اللمعان الكلي ناتج الطاقة الإجمالي، وبالتالي يمكن تقدير مساحة سطح النجم ومنه نصف قطر الجسم، هذه هي الطريقة الوحيدة المتاحة لتقدير أبعاد النجوم القزمة البيضاء، يكمن عدم اليقين الرئيسي في اختيار درجة الحرارة التي تمثل معدل انبعاث الطاقة.

متوسط ​​القيم النجمية:

تتراوح نجوم التسلسل الرئيسي من أجسام مضيئة جداً إلى نجوم قزمة من النوع (M) الخافت، وهي تختلف اختلافاً كبيراً في درجات حرارة سطح لمعانها البوليومتري (الإجمالي) وأنصاف أقطارها، علاوة على ذلك بالنسبة للنجوم ذات الكتلة المحددة قد يوجد انتشار عادل في نصف القطر واللمعان ودرجة حرارة السطح والنوع الطيفي، ينتج هذا الانتشار عن تأثيرات تطورية نجمية ويميل إلى توسيع التسلسل الرئيسي.

يتم الحصول على الكتل من الأنظمة الثنائية المرئية والكسفية التي تمت ملاحظتها من خلال التحليل الطيفي، تم العثور على أنصاف الأقطار من كسوف الأنظمة الثنائية من القياسات المباشرة في حالات قليلة مواتية من خلال الحسابات ومن المقادير المرئية ودرجات الحرارة المطلقة.

القيم المتوسطة لنصف القطر واللمعان البوليومتري والكتلة لها معنى فقط للنجوم القزمة، تظهر جميع النجوم العملاقة والعملاقة نطاقات كبيرة في نصف القطر لكتلة معينة، على العكس من ذلك يمكن أن يكون للنجوم العملاقة التي لها نفس نصف القطر تقريباً ودرجة حرارة السطح واللمعان كتل مختلفة بشكل ملحوظ.

ما هي الإحصائيات النجمية؟

يمكن اشتقاق بعض أهم التعميمات المتعلقة بطبيعة وتطور النجوم من الارتباطات بين الخصائص التي يمكن ملاحظتها ومن نتائج إحصائية معينة، أحد أهم هذه الارتباطات يتعلق بدرجة الحرارة واللمعان أو على نحو مكافئ للون والحجم، وفيما يلي شرح لأهم هذه الإحصائيات:

• مخطط هيرتزبرونج راسل (Hertzsprung-Russell diagram): عندما يتم رسم المقادير المطلقة للنجوم أو لمعانها الداخلي على مقياس لوغاريتمي في رسم بياني مقابل درجة الحرارة أو على نحو مكافئ مقابل الأنواع الطيفية، لا تسقط النجوم عشوائياً على الرسم التخطيطي، ولكنها تميل إلى التجمع في بعض المجالات المحدودة، عادةً ما يُطلق على هذه المؤامرة اسم مخطط (Hertzsprung-Russell) الذي سمي على اسم عالم الفلك في أوائل القرن العشرين إجنار هيرتزبرونج من الدنمارك وهنري نوريس راسل من الولايات المتحدة اللذين اكتشفوا بشكل مستقل العلاقات الموضحة فيه.

إن معظم النجوم المتجمعة هي أقزام ملقاة بشكل وثيق حول خط قطري يسمى التسلسل الرئيسي، تتراوح هذه النجوم من أجسام زرقاء حارة من النوع O وB على الأقل 10،000 مرة أكثر سطوعاً من الشمس عبر النجوم البيضاء من النوع (A) مثل (Sirius) إلى النجوم البرتقالية من النوع (K) مثل (Epsilon Eridani) وأخيراً إلى النجوم من النوع (M) الأحمر أقزام أقوى بآلاف المرات من الشمس، وفي التسلسل المستمر تسقط اللمعان بسلاسة مع انخفاض درجة حرارة السطح؛ لذلك تتناقص الكتل ونصف القطر، ولكن بمعدل أبطأ بكثير وتزداد الكثافة النجمية تدريجياً.

• تقديرات الأعمار النجمية: تسمح أشكال المخططات ذات الحجم اللوني بتقدير أعمار المجموعات الكروية، تسمى النقطة التي تبتعد عندها النجوم عن التسلسل الرئيسي بنقطة الانعطاف، على سبيل المثال في مجموعة تطورت فيها النجوم ذات الكتلة الأكبر من حوالي 1.3 كتلة شمسية بعيداً عن التسلسل الرئيسي عند نقطة فوق الموضع الذي تشغله الشمس مباشرةً.

إن الوقت اللازم لمثل هذا النجم لاستنفاد الهيدروجين في قلبه هو حوالي 5 إلى 6 مليار سنة ويجب أن يكون عمر العنقود على الأقل بنفس العمر، تم تحديد المزيد من المجموعات القديمة، في المجرة تكون العناقيد الكروية كلها أشياء قديمة جداً لها أعمار في غضون بضعة مليارات من السنين من متوسط ​​11 مليار سنة، ومع ذلك في غيوم ماجلان توجد مجموعات تشبه تلك الكروية، لكنها تحتوي على العديد من النجوم الزرقاء وبالتالي يجب أن تكون صغيرة نسبياً.

• عدد النجوم مقابل اللمعان: من الأهمية الإحصائية العلاقة بين لمعان النجوم وتواتر حدوثها، تظهر جميع نجوم في العين المجردة تقريباً أكثر إشراقاً من الشمس، لكن العكس هو الصحيح بالنسبة للنجوم المعروفة في غضون 20 سنة ضوئية من الشمس، يمكن رؤية النجوم الساطعة بسهولة من مسافات بعيدة ولا يمكن اكتشاف الباهتة إلا إذا كانت قريبة.

تعتمد وظيفة اللمعان (عدد النجوم ذات السطوع المحدد) على نوع النجوم الموجودة، تختلف وظيفة اللمعان للنجوم النقية (II) اختلافاً جوهرياً عن تلك الخاصة بالنجوم النقية الأخرى، توجد ذروة صغيرة بالقرب من الحجم المطلق +0.6 تقابل الفرع الأفقي للنجوم من نوع (II) ولا توجد نجوم ساطعة مثل الحجم المطلق -5، يتم تقييم وظيفة اللمعان للمجموعة الصافية (I) بشكل أفضل من مجموعات النجوم المفتوحة، حيث تكون النجوم في مثل هذا التجمع على نفس المسافة تقريباً، يتضمن جوار الشمس أمثلة لكل من النجوم ذات الصنف الأول والثاني.

• ارتباط اللمعان الشامل بالنجوم: إن هذا الارتباط بين الكتلة واللمعان ينطبق فقط على نجوم التسلسل الرئيسي غير المتحولة، لكن هذا الارتباط يفشل بالنسبة للعمالقة والعملاقين وللمكونات العملاقة (باهتة) للكسوف الثنائي، والتي تغيرت جميعها بشكل كبير خلال حياتها، كما لا ينطبق هذا على أي نجوم في عنقود كروي ليس على التسلسل الرئيسي أو على الأقزام البيضاء التي تكون باهتة بشكل غير طبيعي بالنسبة لكتلها.

إن العلاقة المتبادلة بين الكتلة واللمعان التي تنبأ بها عالم الفلك الإنجليزي آرثر إدينجتون نظرياً في أوائل القرن العشرين هي علاقة عامة تنطبق على جميع النجوم التي لها أساساً نفس الكثافة الداخلية وتوزيعات درجة الحرارة، أي لما يسمى بالنماذج النجمية نفسها.