Πώς οι επιστήμονες καθορίζουν τη θερμοκρασία ενός αστέρα;

Πώς μετράτε τη θερμοκρασία του σώματος σας; Η απλούστερη απάντηση είναι "χρησιμοποιώντας ένα θερμόμετρο". Αλλά, ισχύει και στην περίπτωση των αστεριών; Η απάντηση είναι ένα μεγάλο ΟΧΙ. Όπως γνωρίζουμε, η Θερμοκρασία ενός Αστεριού μπορεί να κυμαίνεται μέχρι αρκετές χιλιάδες βαθμούς Kelvin. Μέχρι σήμερα, δεν υπάρχει τέτοιο θερμόμετρο που να μπορεί να αντέξει τέτοιες υψηλές θερμοκρασίες. 

Επιπλέον, ακόμα κι αν υπάρξει ένα τέτοιο θερμόμετρο με σούπερ δυνάμεις, ποιος θα το χρησιμοποιήσει σε αστέρια τα οποία απέχουν δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά; Έτσι, πώς μετράμε στη πραγματικότητα τη θερμοκρασία των αστεριών; Εδώ είναι όπου οι έμμεσες μέθοδοι έρχονται να σώσουν την κατάσταση. Για να ξεπεραστούν τα παραπάνω προβλήματα, οι αστροφυσικοί χρησιμοποιούν μια σειρά έμμεσων τεχνικών μέτρησης της θερμοκρασίας. Ας ρίξουμε μια ματιά σε μερικές από αυτές μία  προς μία!

Καλλιτεχνική απεικόνιση ενός αστρικού υπερπυρσού σε ένα μακρινό άστρο.

Εικόνα: NASA, ESA AND D. PLAYER.

Ο Νόμος μετατόπισης του WIEN:

Ο νόμος μετατόπισης του Wien αφορά το φάσμα ακτινοβολίας μελανού σώματος. Σύμφωνα με αυτό, η καμπύλη ακτινοβολίας μελανού σώματος για διαφορετικές θερμοκρασίες θα κορυφωθεί σε διαφορετικά μήκη κύματος τα οποία είναι αντιστρόφως ανάλογα με τη θερμοκρασία. Χρησιμοποιώντας αυτή την αντίστροφη σχέση μεταξύ μήκους κύματος και θερμοκρασίας, οι θερμοκρασίες των αστεριών μπορούν να εκτιμηθούν. Ωστόσο, αυτό ισχύει μόνο για αστέρια που έχουν φάσματα τα οποία προσεγγίζουν σε μεγάλο βαθμό εκείνα ενός μελανού σώματος. Επιπλέον, θα πρέπει επίσης να είναι διαθέσιμα τα βαθμονομημένα τα φάσματα ροής (flux-calibrated spectra) του αστέρα που εξετάζεται. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος δεν δίνει πολύ ακριβή αποτελέσματα καθώς τα αστέρια γενικά δεν είναι μελανά σώματα.

Ο Νόμος Στέφαν-Μπόλτζμαν :

Ένας άλλος νόμος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της θερμοκρασίας των αστεριών είναι ο νόμος του Stefan. Ο νόμος Stefan-Boltzmann περιγράφει την ισχύ η οποία ακτινοβολείται από ένα μέλαν σώμα ως προς τη θερμοκρασία του. Σύμφωνα με τον νόμο αυτό, η συνολική ισχύς της ακτινοβολούμενης θερμότητας η οποία εκπέμπεται από μια επιφάνεια είναι ανάλογη της τέταρτης δύναμης της απόλυτης θερμοκρασίας. L = 4πR²σΤ⁴ . Όπου, σ είναι η σταθερά Stefan-Boltzmann, L είναι η φωτεινότητα, R είναι η ακτίνα και T η θερμοκρασία του υπό εξέταση αστέρα.

Στην αρχή μετράμε τη συνολική ροή φωτός η οποία προέρχεται από το αστέρι. Συνδυάζοντας αυτούς τους παράγοντες, οι επιστήμονες υπολογίζουν τη φωτεινότητα. Και με τη χρήση συμβολόμετρων, μπορεί να βρεθεί η ακτίνα του αστεριού. Τελικά, η θερμοκρασία μετράται συνδέοντας όλους αυτούς τους όρους στο τύπο του Stefan. Ο περιοριστικός παράγοντας εδώ είναι η δυσκολία μέτρησης των ακτίνων των μεγαλύτερων ή πλησιέστερων αστεριών. Έτσι οι μετρήσεις ισχύουν μόνο για μερικούς γίγαντες αστέρες, καθώς και για μερικές δεκάδες κοντινά αστέρια της κύριας ακολουθίας. Ωστόσο, αυτά λειτουργούν ως βασικοί βαθμονομητές, έναντι των οποίων οι αστροφυσικοί συγκρίνουν και βαθμονομούν άλλες τεχνικές.

Με την φασματική ανάλυση του αστέρα:

Γνωρίζουμε ότι τα άτομα / ιόντα έχουν διαφορετικά επίπεδα ενέργειας. Και, ο πληθυσμός αυτών των επιπέδων εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Υψηλότερα επίπεδα καταλαμβάνονται σε υψηλότερες θερμοκρασίες και αντίστροφα σε χαμηλότερα επίπεδα. Οι μετακινήσεις μεταξύ των επιπέδων αυτών μπορούν να έχουν ως αποτέλεσμα την εκπομπή ή την απορρόφηση του φωτός σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος ανάλογα με τη διαφορά ενέργειας μεταξύ των σχετικών επιπέδων. Γενικά, ένα αστέρι είναι πιο καυτό στο εσωτερικό και πιο ψυχρό στο εξωτερικό του. Τα ψυχρότερα, υπερκείμενα στρώματα απορροφούν τις ακτινοβολίες που εξέρχονται από το κέντρο του αστέρα. Αυτό οδηγεί στη δημιουργία γραμμών απορρόφησης στο φάσμα το οποίο λαμβάνουμε.

Η φασματική ανάλυση συνίσταται στη μέτρηση των δυνάμεων αυτών των γραμμών απορρόφησης για διαφορετικά χημικά στοιχεία και διαφορετικά μήκη κύματος. Η αντοχή μιας γραμμής απορρόφησης εξαρτάται κυρίως από τη θερμοκρασία του αστέρα, και την ποσότητα ενός συγκεκριμένου χημικού στοιχείου. Ωστόσο, αρκετές άλλες παράμετροι όπως η βαρύτητα, οι αναταραχές, η ατμοσφαιρική δομή κλπ μπορούν επίσης να την επηρεάσουν. Αυτή η μέθοδος δίνει μετρήσεις θερμοκρασίας με ακρίβεια  +/- 50 βαθμών Kelvin.

Η σχέση Θερμοκρασίας και Χρώματος :

Μια άλλη μέθοδος για τη μέτρηση της θερμοκρασίας των αστεριών είναι η ανάλυση του χρώματος τους. Παρόλο που όλα τα αστέρια εμφανίζονται λευκά, έχουν διαφορετικά χρώματα όταν παρατηρηθούν προσεκτικά. Οι μεταβολές αυτές είναι αποτέλεσμα της θερμοκρασίας τους. Τα ψυχρά αστέρια εμφανίζονται κόκκινα ενώ τα ζεστά έχουν μπλε χρώμα (Οι αστέρες Μπετελγκέζ και Ρίγκελ Κόκκινος και Μπλε αντίστοιχα). Μετρούμε το χρώμα ενός αστέρα με ένα όργανο το οποίο ονομάζεται φωτοηλεκτρικό φωτόμετρο - photoelectric photometer στα Αγγλικά. Στο όργανο αυτό αυτό έχουμε τη διέλευση του φωτός μέσω διαφορετικών φίλτρων, και την εύρεση του ποσού που διέρχεται από κάθε φίλτρο. Οι μετρήσεις από το φωτομέτρο μετατρέπονται σε θερμοκρασία, χρησιμοποιώντας πρότυπες κλίμακες. Η μέθοδος αυτή είναι ιδιαίτερα χρήσιμη όταν δεν υπάρχει διαθέσιμο ένα ικανοποιητικό φάσμα ενός αστεριού. Τα αποτελέσματα που λαμβάνονται σε αυτή τη μέθοδο είναι ακριβή φθάνοντας +/- τους 100-200 βαθμούς Kelvin. Ωστόσο, η μέθοδος αυτή δίνει ανεπαρκή αποτελέσματα για ψυχρότερα αστέρια.

Κάθε μία από τις παραπάνω μεθόδους έχει τα δικά της πλεονεκτήματα και περιορισμούς. Ακόμη, οι αστροφυσικοί σε ολόκληρο τον πλανήτη χρησιμοποιούν ευρέως αυτές τις μεθόδους οι οποίες τελικά δίνουν ικανοποιητικά αποτελέσματα.

Από τον: SIMRANPREET BUTTAR

……………….*………………..

Ενημερωθείτε για θέματα Αστρονομίας και Επιστήμης στις ομάδες μας στο Facebook:

. Άρατος- Παρατηρησιακή Αστρονομία Σαλαμίνας

. Αστρονομία και Επιστήμη

. Αστροβραδιές Σαλαμίνας

Και στο blog: Αστρονομία και Επιστήμη

Πηγή
https://secretsofuniverse.in/2019/11/13/how-do-astrophysicists-determine-the-temperature-of-a-star/?fbclid=IwAR3YENyu8qxNaWKi-Op5BkWmoQFuFlyo6VnG1doQVmtoazzeTv_C9U2-CQQ

Πηγές υπάρχουν επίσης και στις παραπομπές του κειμένου (οι λέξεις με τα μπλε ή κόκκινα γράμματα)

Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας.

 Για διορθώσεις μετάφρασης ως προς το πρότυπο κείμενο, απορίες, ή συμπληρώματα, γράψτε μας: gikasd63@hotmail.com  η αφήστε μήνυμα inbox στη Σελίδα:

 https:/www.facebook.com/groups/174408446026959/

Επίσης εάν θέλετε να δημοσιευτεί στο μπλόγκ μας κάποια δική σας εργασία, άρθρο, ή paper σχετικά με την επιστήμη, αποστείλατε τα άρθρα αυτά συνοδευόμενα απαραίτητα από τη σχετική βιβλιογραφία, και την σχετική έντυπη άδεια σας για δημοσίευση στο μπλόγκ μας, στη διεύθυνση: gikasd63@hotmail.com . Η δημοσίευση είναι εντελώς δωρεάν.

Εάν, κατά την άποψή σας, υπάρχουν επιστημονικά λάθη στο πρότυπο κείμενο η ομάδα μας δεν μπορεί να παρέμβει και να το αλλάξει χωρίς την συναίνεση του αρθρογράφου. Για οποιαδήποτε τέτοια αλλαγή επικοινωνήστε με την πηγή του άρθρου.

 Το κείμενο υπόκειται σε επικαιροποίηση αν υπάρξουν έγκυρες διορθώσεις ή νέα στοιχεία που αφορούν το θέμα του άρθρου. 

Για την ομάδα : @Aratosastronomy