ลำดับหลัก

ในทางดาราศาสตร์ที่ลำดับหลักเป็นวงดนตรีอย่างต่อเนื่องและโดดเด่นของดาวที่ปรากฏบนแปลงตัวเอกสีกับความสว่าง เหล่านี้แปลงสีขนาดที่รู้จักกันเป็นแผนภาพ Hertzsprung-รัสเซลหลังจากร่วมนักพัฒนาของพวกเขาEjnar Hertzsprungและเฮนรี่นอร์ริรัสเซล บนดาววงนี้เป็นที่รู้จักกันเป็นดาวหลักลำดับหรือดาวแคระ เหล่านี้เป็นดาวจริงจำนวนมากที่สุดในจักรวาล และรวมถึงดวงอาทิตย์ของโลกด้วย

Hertzsprung-รัสเซลแผนภาพแปลง ส่องสว่าง (หรือ ขนาดที่แน่นอน ) ของดาวกับของ ดัชนีสี (แสดงเป็น B-V) ซีเควนซ์หลักสามารถมองเห็นได้เป็นแถบแนวทแยงที่โดดเด่นซึ่งลากจากด้านซ้ายบนไปด้านขวาล่าง พล็อตนี้แสดงให้เห็นถึง 22,000 ดาวจาก Hipparcos รายการสินค้าร่วมกับ (ดาวแคระสีแดงและสีขาว) 1,000 ดาวต่ำส่องสว่างจาก แคตตาล็อกของ Gliese ใกล้เคียงดาว

หลังจากการรวมตัวและการจุดระเบิดของดาวจะสร้างพลังงานความร้อนในหนาแน่นภูมิภาคหลักผ่านนิวเคลียร์ฟิวชันของไฮโดรเจนลงไปในก๊าซฮีเลียม ในช่วงอายุขัยของดาวฤกษ์นี้ มันตั้งอยู่บนลำดับหลักในตำแหน่งที่กำหนดโดยมวลของมันเป็นหลัก แต่ยังขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและอายุของดาวด้วย แกนของดาวฤกษ์ในลำดับหลักอยู่ในสภาวะสมดุลอุทกสถิตซึ่งแรงดันความร้อนภายนอกจากแกนร้อนจะมีความสมดุลโดยแรงดันด้านในของการยุบตัวของแรงโน้มถ่วงจากชั้นที่อยู่ด้านบน การพึ่งพาอาศัยกันอย่างมากของอัตราการสร้างพลังงานต่ออุณหภูมิและความดันช่วยรักษาสมดุลนี้ไว้ พลังงานที่สร้างขึ้นที่หลักทำให้ทางไปยังพื้นผิวและแผ่ออกไปที่โฟ พลังงานจะถูกส่งโดยการแผ่รังสีหรือการพาความร้อนโดยพลังงานจะเกิดขึ้นในบริเวณที่มีการไล่ระดับอุณหภูมิที่ชันกว่า ความทึบแสงที่สูงขึ้น หรือทั้งสองอย่าง

ลำดับหลักในบางครั้งแบ่งออกเป็นส่วนบนและส่วนล่าง ตามกระบวนการหลักที่ดาวฤกษ์ใช้เพื่อสร้างพลังงาน ดาวด้านล่างเกี่ยวกับ 1.5 เท่าของมวลของดวงอาทิตย์ (1.5  M ) หลักฟิวส์อะตอมไฮโดรเจนด้วยกันในชุดของขั้นตอนไปสู่รูปแบบฮีเลียมลำดับที่เรียกว่าห่วงโซ่โปรตอนโปรตอน เหนือมวลนี้ในลำดับหลักบนกระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชันส่วนใหญ่ใช้อะตอมของคาร์บอน , ไนโตรเจนและออกซิเจนเป็นตัวกลางในวงจรซีเอ็นโอที่ผลิตจากก๊าซฮีเลียมไฮโดรเจนอะตอม ดาวฤกษ์ในลำดับหลักที่มีมวลดวงอาทิตย์มากกว่า 2 เท่าจะเกิดการพาความร้อนในบริเวณแกนกลางของดาว ซึ่งทำหน้าที่กระตุ้นฮีเลียมที่สร้างขึ้นใหม่และรักษาสัดส่วนของเชื้อเพลิงที่จำเป็นสำหรับการหลอมรวมที่จะเกิดขึ้น ใต้มวลนี้ ดาวมีแกนที่แผ่รังสีทั้งหมดโดยมีโซนพาความร้อนใกล้พื้นผิว ด้วยมวลดาวที่ลดลง สัดส่วนของดาวที่ก่อตัวเป็นเปลือกพาความร้อนจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ดาวฤกษ์ที่มีลำดับหลักต่ำกว่า 0.4 โม  ลาร์ผ่านการพาความร้อนตลอดมวลของพวกมัน เมื่อไม่มีการพาความร้อนของแกน แกนที่อุดมด้วยฮีเลียมจะพัฒนาขึ้นโดยล้อมรอบด้วยชั้นนอกของไฮโดรเจน

โดยทั่วไป ยิ่งดาวมีมวลมากเท่าใด อายุของดาวฤกษ์ในลำดับหลักก็จะสั้นลงเท่านั้น หลังจากที่เชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่เป็นแกนหลักที่ได้รับการบริโภคดาววิวัฒนาการห่างจากลำดับหลักในแผนภาพทรัพยากรบุคคลเป็นซุปเปอร์ยักษ์ , ยักษ์แดงหรือโดยตรงกับดาวแคระขาว

ดาวฤกษ์ลำดับหลักประเภท O ที่ร้อนแรงและเจิดจ้า ในบริเวณที่เกิดดาว เหล่านี้คือบริเวณของการก่อตัวดาวฤกษ์ทั้งหมดที่มีดาวอายุน้อยร้อนจำนวนมาก รวมทั้งดาวสว่างหลายดวงประเภทสเปกตรัม O [1]

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 ข้อมูลเกี่ยวกับประเภทและระยะทางของดาวมีพร้อมมากขึ้น สเปกตรัมของดาวที่มีการแสดงที่จะมีคุณสมบัติที่โดดเด่นซึ่งได้รับอนุญาตให้มีการจัดหมวดหมู่ Annie Jump CannonและEdward C. Pickeringที่Harvard College Observatory ได้พัฒนาวิธีการจัดหมวดหมู่ที่กลายเป็นที่รู้จักในชื่อHarvard Classification Schemeซึ่งตีพิมพ์ในHarvard Annalsในปี 1901 [2]

ในเมืองพอทสดัมในปี ค.ศ. 1906 Ejnar Hertzsprungนักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์กสังเกตเห็นว่าดาวที่แดงที่สุด ซึ่งจัดอยู่ในประเภท K และ M ในรูปแบบฮาร์วาร์ด สามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มที่แตกต่างกัน ดาวเหล่านี้สว่างกว่าดวงอาทิตย์มากหรือจางกว่ามาก ในการแยกแยะกลุ่มเหล่านี้ เขาเรียกพวกมันว่า "ดาวยักษ์" และ "ดาวแคระ" ปีนี้เขาเริ่มศึกษากระจุกดาว ; กลุ่มดาวขนาดใหญ่ที่อยู่รวมกันในระยะทางใกล้เคียงกัน เขาตีพิมพ์พล็อตสีแรกเทียบกับความสว่างของดาวเหล่านี้ แผนผังเหล่านี้แสดงให้เห็นลำดับของดวงดาวที่เด่นชัดและต่อเนื่องกัน ซึ่งเขาตั้งชื่อว่าลำดับหลัก [3]

ที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน , เฮนรี่นอร์ริรัสเซลได้รับการต่อไปนี้เป็นหลักสูตรที่คล้ายกันของการวิจัย เขากำลังศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างการจำแนกสเปกตรัมของดวงดาวกับความสว่างที่แท้จริงของพวกมันซึ่งได้รับการแก้ไขแล้วสำหรับระยะทาง— ขนาดสัมบูรณ์ของพวกมัน เพื่อจุดประสงค์นี้ เขาใช้กลุ่มดาวที่มีพารัลแลกซ์ที่เชื่อถือได้และหลายดวงจัดอยู่ในหมวดหมู่ที่ฮาร์วาร์ด เมื่อเขาวางแผนประเภทสเปกตรัมของดาวเหล่านี้เทียบกับขนาดสัมบูรณ์ เขาพบว่าดาวแคระมีความสัมพันธ์ที่ชัดเจน ทำให้สามารถทำนายความสว่างที่แท้จริงของดาวแคระได้อย่างแม่นยำ [4]

ในบรรดาดาวสีแดงที่เฮิรตซ์สปริงสังเกต ดาวแคระยังเป็นไปตามความสัมพันธ์ของสเปกตรัม-ความส่องสว่างที่รัสเซลค้นพบ อย่างไรก็ตาม ดาวยักษ์นั้นสว่างกว่าดาวแคระมาก ดังนั้นจึงไม่เป็นไปตามความสัมพันธ์แบบเดียวกัน รัสเซลล์เสนอว่า "ดาวยักษ์ต้องมีความหนาแน่นต่ำหรือมีความสว่างที่พื้นผิวมาก และสิ่งที่ตรงกันข้ามกับดาวแคระก็เป็นความจริง" เส้นโค้งเดียวกันยังแสดงให้เห็นว่ามีดาวสีขาวจาง ๆ น้อยมาก [4]

ในปี 1933 Bengt Strömgren ได้แนะนำคำว่า Hertzsprung–Russell Diagram เพื่อแสดงถึงไดอะแกรมคลาสความส่องสว่าง-สเปกตรัม [5]ชื่อนี้สะท้อนถึงการพัฒนาคู่ขนานของเทคนิคนี้โดยทั้ง Hertzsprung และ Russell ในช่วงต้นศตวรรษ [3]

เนื่องจากแบบจำลองวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1930 จึงแสดงให้เห็นว่าสำหรับดาวที่มีองค์ประกอบทางเคมีที่สม่ำเสมอ มีความสัมพันธ์ระหว่างมวลของดาวกับความส่องสว่างและรัศมีของดาว นั่นคือ สำหรับมวลและองค์ประกอบที่กำหนด มีวิธีแก้ปัญหาเฉพาะตัวในการกำหนดรัศมีและความส่องสว่างของดาวฤกษ์ สิ่งนี้กลายเป็นที่รู้จักในฐานะทฤษฎีบท Vogt–Russell ; ตั้งชื่อตามHeinrich Vogtและ Henry Norris Russell ตามทฤษฎีบทนี้ เมื่อทราบองค์ประกอบทางเคมีของดาวฤกษ์และตำแหน่งของมันในลำดับหลัก มวลและรัศมีของดาวก็เช่นกัน (อย่างไรก็ตาม ภายหลังพบว่าทฤษฎีบทแบ่งย่อยบางส่วนสำหรับดาวที่มีองค์ประกอบไม่สม่ำเสมอ) [6]

โครงการกลั่นสำหรับการจัดประเภทดาวฤกษ์ที่ถูกตีพิมพ์ในปี 1943 โดยวิลเลียมมอร์แกนวิลสันและฟิลิปพระเกศาคีแนน [7]การจำแนกประเภท MK กำหนดให้ดาวแต่ละดวงมีประเภทสเปกตรัมตามการจัดประเภทฮาร์วาร์ดและระดับความส่องสว่าง การจำแนกประเภทฮาร์วาร์ดได้รับการพัฒนาโดยการกำหนดตัวอักษรที่แตกต่างกันให้กับดาวแต่ละดวงโดยพิจารณาจากความแข็งแกร่งของเส้นสเปกตรัมไฮโดรเจน ก่อนที่จะทราบความสัมพันธ์ระหว่างสเปกตรัมและอุณหภูมิ เมื่อเรียงลำดับตามอุณหภูมิและเมื่อแยกชั้นที่ซ้ำกันออกไปประเภทสเปกตรัมของดาวจะตามมาตามลำดับอุณหภูมิที่ลดลงด้วยสีต่างๆ ตั้งแต่สีน้ำเงินจนถึงสีแดง ลำดับ O, B, A, F, G, K และ M (เป็นที่นิยมตัวช่วยในการจำลำดับชั้นดาวนี้คือ "Oh Be A Fine Girl/Guy, Kiss Me".) ระดับความส่องสว่างมีตั้งแต่ I ถึง V ตามลำดับความส่องสว่างที่ลดลง ดาวที่มีความส่องสว่างระดับ V อยู่ในลำดับหลัก [8]

ในเดือนเมษายน 2018 นักดาราศาสตร์รายงานการตรวจสอบของที่ห่างไกล "ธรรมดา" (กล่าวคือลำดับหลัก) ที่สุดดาวชื่ออิคารัส (อย่างเป็นทางการ, MACS J1149 Lensed ดาว 1 ) ที่ 9 พันล้านปีแสงออกไปจากโลก [9] [10]