我们如何知道恒星的年龄?
有些恒星看起来不超过 300 万年。或者,它们可能有 30 亿年的历史。我们不确定。
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一颗炽热的恒星。它是年轻还是年老?单凭颜色无法告诉我们。图片来源:Artsiom P/Shutterstock.com
只有一颗恒星我们非常确定它的年龄,那就是太阳。从非常年轻到非常年老,获得其他每颗恒星的年龄值需要巧妙的建模,试图将恒星放入一个漂亮的整洁模型中。虽然这种方法经常有效,但它远非完美,最终取决于我们对恒星的了解程度。即使是我们自己的恒星,还有很多我们不知道的事情。
但恒星的年龄是一个需要了解的重要因素,从理论上讲,很容易算出你需要寻找什么。但在实践中,这变得很困难。
在恒星的大部分生命周期中,它都会进行氢聚变,而持续时间取决于恒星的质量——但方式并不明显。
恒星需要燃烧更多燃料,但它们也辐射出更多能量。为了不坍缩,它们需要比太阳这样的恒星进行更多的聚变,因此它们会在更短的时间内消耗掉燃料。较小的恒星会更慢,因为它们不需要快速燃烧燃料来维持内部平衡。
基于此,你可以看到有一条定律将恒星的年龄与质量联系起来。这是一种获得某种估计值的有用方法。重要的是要知道,无论大小,当恒星因内部氢核聚变而开始释放能量时,它将属于一个称为主序列的组。
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赫罗图示意图显示了此分类中主序列和其他恒星部分的位置。图片来源:gstraub/Shutterstock.com
该术语源自这些恒星在赫罗图上的分布。纵轴表示这些天体的亮度,另一轴表示颜色指数(或温度,或恒星分类)。蓝白色恒星最大、最热,位于左上角,位于右下角。太阳位于中间某处。当恒星离开主序列时,它们会变成红巨星(然后是超巨星),因此它们的光度往往保持不变,但颜色会发生变化。所有这些都有助于估计它们的年龄。
如果星团中有一组恒星,它们很可能是同时形成的。小恒星的数量会比大恒星多,但在零年时,它们会全部进入主序列。
现在,如果你在一段时间后去检查它们,其中一定数量的恒星将脱离主序列。通过将它们绘制在赫罗图上,你可以找到岔路点如果这个星团中的那个点是一颗像太阳一样的恒星,那么你会猜测这个星团大约有 100 亿年的历史,因为这就是太阳预计在主序列上停留的时间。
显然,如果你有一颗单独的恒星,这种方法就没什么用了。为了尝试获得一些想法,另一种技术可能会有所帮助:星震学。这方法通过观察恒星内部的振荡来获得见解。恒星将氢转化为氦,因此较老的恒星会含有更多氦,声波的传播方式也会有所不同。由此可以推断出年龄。
还有一些方法研究了恒星的自转,并据此推断出年龄。这似乎适用于低质量主序列恒星。对于太年轻而未进入主序列的恒星,可以根据它们周围物质的存在或它们在进入“更平静”的主序列阶段之前的可变性来猜测年龄。
这些方法直接或间接地依赖于我们对太阳的了解。我们对这颗小黄星了解得越多,我们就越能理解宇宙中的所有恒星。