Sternhelligkeit versus Sternleuchtkraft

Dieser Renaissance-Holzschnitt heißt Empedokles bricht durch die Kristallkugeln.

Die alten Astronomen glaubten, die Sterne seien an einer gigantischen Kristallkugel befestigt, die die Erde umgibt. In diesem Szenario befanden sich alle Sterne in der gleichen Entfernung von der Erde, und so hing für die Alten die Helligkeit oder Dunkelheit der Sterne nur von den Sternen selbst ab.

In unserer Kosmologie befinden sich die Sterne, die wir in einer dunklen Nacht allein mit dem Auge sehen, in sehr unterschiedlichen Entfernungen von uns, von mehrerenLichtjahreauf über 1.000 Lichtjahre. Teleskope zeigen das Licht von Sternen, die Millionen oder Milliarden Lichtjahre entfernt sind.

Wenn wir heute über die Helligkeit eines Sterns sprechen, meinen wir vielleicht eines von zwei Dingen:intrinsischHelligkeit oder seineersichtlichHelligkeit. Wenn Astronomen von der . sprechenHelligkeitvon einem Stern, sie sprechen von einem SternEigenhelligkeit, wie hell es wirklich ist. Ein Starscheinbare Helligkeit– seine Helligkeit, wie sie von der Erde aus erscheint – ist etwas anderes und hängt davon ab, wie weit wir von diesem Stern entfernt sind.

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Astronomen führen die Leuchtkraft von Sternen oft in Bezug auf die Sonnenleuchtkraft auf. Die Sonne hat einen Radius von etwa 696.000 Kilometern und eine Oberflächentemperatur von etwa 5800 Kelvin oder 5800 Grad über dem absoluten Nullpunkt. Gefrierpunkt von Wasser = 273 Kelvin = O^oderCelsius

Zum Beispiel ist fast jeder Stern, den Sie mit bloßem Auge sehen, größer und leuchtender als unsere Sonne. Die überwiegende Mehrheit der Sterne, die wir nachts allein mit dem Auge sehen, sind Millionen – sogar Hunderte von Millionen – Mal weiter entfernt als die Sonne. Unabhängig davon können diese fernen Sonnen von der Erde aus gesehen werden, weil sie hundert- oder tausendmal leuchtender sind als unser lokaler Stern.

Das soll nicht heißen, dass unsere Sonne ein Leichtgewicht unter den Sternen ist. Tatsächlich wird angenommen, dass die Sonne heller ist als 85% der Sterne in unserer Milchstraße. Die meisten dieser weniger leuchtenden Sterne sind jedoch zu klein und zu schwach, um ohne optische Hilfe zu sehen.

Die Leuchtkraft eines Sterns hängt von zwei Dingen ab:

1. Radiusmaß
2. Oberflächentemperatur

Radiusmaß

Nehmen wir an, ein Stern hat die gleiche Oberflächentemperatur wie die Sonne, aber einen größeren Radius. In diesem Szenario beansprucht der Stern mit dem größeren Radius die größere Leuchtkraft. Im folgenden Beispiel sagen wir, der Radius des Sterns beträgt 4 Sonnen (4-facher Sonnenradius), hat aber die gleiche Oberflächentemperatur wie unsere Sonne.

Die Leuchtkraft des Sterns – relativ zur Sonne – können wir mit folgender Gleichung berechnen, wobei L = Leuchtkraft und R = Radius:

L = R²
L = 4²= 4 x 4 = 16-fache Leuchtkraft der Sonne

Obwohl der Stern VY Canis Majoris im Sternbild Canis Major eine viel kühlere Oberflächentemperatur als unsere Sonne hat, macht ihn seine schiere Größe zu einem superleuchtenden Stern. Es wird angenommen, dass sein Radius etwa 1400-mal größer ist als der unserer Sonne und seine Leuchtkraft 270.000 größer als die unserer Sonne.

Oberflächentemperatur

Auch wenn ein Stern den gleichen Radius wie die Sonne hat, aber eine höhere Oberflächentemperatur, übertrifft der heißere Stern die Sonne an Leuchtkraft. Die Oberflächentemperatur der Sonne liegt bei etwa 5800 Kelvin (9980 .).^oderFahrenheit). Das sind 5800 Grad über dem absoluten Nullpunkt, die kälteste Temperatur, die im ganzen Universum möglich ist. Nehmen wir an, ein Stern hat die gleiche Größe wie die Sonne, aber seine Oberflächentemperatur ist doppelt so hochin Grad Kelvin(5800 x 2 = 11600 Kelvin).

Wir verwenden die folgende Gleichung, um die Leuchtkraft des Sterns relativ zur Sonne aufzulösen, wobei L = Leuchtkraft und T = Oberflächentemperatur und die Oberflächentemperatur gleich 2 Sonnen ist.

L = T⁴
L = 2⁴= 2 x 2 x 2 x 2 = 16-fache Leuchtkraft der Sonne

Leuchtkraft des Sterns = R²x T⁴

DieHR-Diagrammkategorisiert Sterne nach Oberflächentemperatur und Leuchtkraft. Heiße blaue Sterne, über 30.000 Kelvin, links; und kühle rote Sterne, weniger als 3.000 Kelvin, rechts. Die hellsten Sterne – über 1.000.000 Sonnen – sind oben und die am wenigsten leuchtenden Sterne – 1/10.000 Sonnen – unten.

Die Leuchtkraft eines jeden Sterns ist das Produkt aus dem Quadrat des Radius mal der Oberflächentemperatur in vierter Potenz. Bei einem Stern mit einem Radius von 3 Sonnen und einer Oberflächentemperatur von 2 Sonnen können wir die Leuchtkraft dieses Sterns mit der folgenden Gleichung berechnen, wobei L = Leuchtkraft, R = Radius und T = Oberflächentemperatur:

L = R²x T⁴
L = (3 x 3) x (2 x 2 x 2 x 2)
L = 9 x 16 = 144-fache Leuchtkraft der Sonne

Farbe und Oberflächentemperatur

Ist Ihnen schon einmal aufgefallen, dass Sterne an einem dunklen Landhimmel in verschiedenen Farben leuchten? Wenn nicht, versuchen Sie einmal, Sterne mit einem Fernglas zu betrachten. Farbe ist ein verräterisches Zeichen für die Oberflächentemperatur. Die heißesten Sterne strahlen blau oder blau-weiß, während die kühlsten Sterne deutlich rötliche Farbtöne aufweisen. Unsere gelb gefärbte Sonne weist auf eine moderate Oberflächentemperatur zwischen den beiden Extremen hin.Spicadient als Paradebeispiel für einen heißen blau-weißen Stern,Altair: mäßig heißer weißer Stern,Kapelle: gelber Stern in der Mitte der Straße,Arkturus: lauwarmer oranger Stern undBeteigeuze: kühler roter Überriese.

Wie Astronomen die Massen von Doppelsternen lernen

Fazit: Einige extrem große und heiße Sterne leuchten mit der Leuchtkraft von einer Million Sonnen! Aber andere Sterne sehen nur deshalb hell aus, weil sie sich in der Nähe der Erde befinden. Astronomen nennen die wahre, intrinsische Helligkeit eines Sterns seineHelligkeit.