Làm thế nào để xác định nhiệt độ hiệu quả của một ngôi sao từ quang phổ của nó?

Xác định nhiệt độ hiệu quả của một ngôi sao nói chung là một nhiệm vụ không hề nhỏ. Lý do đơn giản cho điều này là chúng ta chỉ có thể nghiên cứu bức xạ điện từ từ một ngôi sao chứ không thể trực tiếp đến nhiệt độ. Sự phức tạp là do bức xạ được tạo ra trong bầu khí quyển phân tầng, chỉ được đặc trưng một phần bởi nhiệt độ của sao, mà còn bởi nhiều yếu tố khác, chẳng hạn như khối sao, sự phong phú nguyên tố, sự quay của sao, v.v. nhiệt độ của khí quyển thay đổi theo độ sâu, trong khi nhiệt độ hiệu quả chỉ là một con số.

Mặt khác, nhiệt độ và cường độ là đại lượng quan trọng nhất, đặc trưng cho các ngôi sao.

Vì vậy, câu hỏi : Làm thế nào chính xác một người sử dụng quang phổ để trích xuất thông tin về nhiệt độ của một ngôi sao? Theo nhiệt độ ở đây tôi có nghĩa là nhiệt độ hiệu quả, hoặc thậm chí hồ sơ nhiệt độ của khí quyển.

Lưu ý : Đây là một câu hỏi khá trong sách giáo khoa. Tôi đã tạo ra nó bởi vì tôi đã gặp một câu trả lời tốt hiện có bởi @Carl, trước đây được đăng trong một cuộc thảo luận về sách giáo khoa ít hơn một chút về nguyên tắc chúng ta có thể xác định của một ngôi sao như thế nào? $T_{\textrm{eff}}$. Câu hỏi này dường như là một nơi tốt hơn cho câu trả lời.

$T_{eff}$

Đầu tiên, hãy nhớ rằng quang phổ mà chúng ta quan sát được từ các ngôi sao là điểm cực đại, chúng cho chúng ta toàn bộ kết quả và không phải là một vị trí cụ thể hoặc một phần của ngôi sao. Chúng ta cần mổ xẻ các phần khác nhau để đi đến các tham số cơ bản. Chúng tôi đi đến kết quả của mình bằng cách lặp lại các giá trị của các tham số cơ bản cho đến khi phổ mô hình khớp với phổ thực mà chúng tôi quan sát được. Vấn đề là, như bạn nói, sự tồn tại của rất nhiều điều không chắc chắn.

Cái đầu tiên trong số này (mặc dù nó không có ảnh hưởng lớn) là Nguyên tắc Không chắc chắn. Điều này tạo ra sự mở rộng dòng tự nhiên do photon phát ra có dải tần số. Độ rộng của đường được xác định bởi;

$\Delta E$$h$$T_{\text{decay}}$

Thông số cơ bản

Sự quay của ngôi sao gây ra hiệu ứng dịch chuyển Doppler trên quang phổ vạch làm cho nó mở rộng. Vòng quay càng nhanh, đường càng rộng (nhưng nhỏ hơn). Giống như Nguyên tắc không chắc chắn, điều này được mở rộng tự nhiên vì nó không ảnh hưởng đến sự phong phú của bất kỳ yếu tố cụ thể nào trong ngôi sao.

$V_{\text{proj}}$$v_e$$i$

$T_{eff}$

Nhiệt độ của không gian ảnh sao giảm khi chúng ta di chuyển ra khỏi lõi. Do đó, cấu hình dòng đại diện cho một phạm vi nhiệt độ. Cánh của dòng phát sinh từ khí nóng hơn, sâu hơn, hiển thị phạm vi bước sóng lớn hơn do chuyển động tăng. Nhiệt độ càng cao, cánh của cấu hình đường càng rộng ([Robinson 2007, trg 58] [1]).

$T_{eff}$$T_{eff}$$T_{eff}$

$T_{eff}$

$v_{\text{mic}}$

$v_{\text{mic}}$

Cuối cùng, trọng lực bề mặt là một hàm của khối lượng và kích thước của ngôi sao:

$M, R$$g$

Một ngôi sao có khối lượng lớn hơn nhưng bán kính nhỏ hơn sẽ luôn dày đặc hơn và chịu áp lực lớn hơn. Theo định nghĩa, khí đậm đặc hơn có số lượng nguyên tử trên một đơn vị diện tích (độ phong phú) cao hơn, dẫn đến các vạch quang phổ mạnh hơn.

Một loại khí dưới áp suất cung cấp nhiều cơ hội hơn cho các electron tự do kết hợp lại với các nguyên tử ion hóa. Đối với một nhiệt độ nhất định, quá trình ion hóa dự kiến ​​sẽ giảm khi tăng trọng lực bề mặt, từ đó làm tăng sự phong phú của các nguyên tử ở trạng thái ion hóa trung tính hoặc thấp.

$T_{eff}$

$T_{eff}$

Chúng tôi bắt đầu với một phổ tổng hợp và sửa đổi các thuộc tính của nó lặp đi lặp lại cho đến khi nó phù hợp với hình dạng của phổ của ngôi sao. Điều chỉnh một tham số sẽ luôn luôn ảnh hưởng đến các tham số khác. Quang phổ sẽ khớp khi nhiệt độ, trọng lực bề mặt và các giá trị vi mô (trong số các giá trị khác) là chính xác. Điều này rõ ràng là rất tốn thời gian mặc dù các chương trình tồn tại để giúp đỡ.

Tính chất khí quyển cũng có thể được xác định bằng các phương tiện ít tốn thời gian khác. Màu sắc trắc quang có thể được sử dụng như một đại diện cho nhiệt độ và cường độ tuyệt đối cho trọng lực bề mặt. Tuy nhiên, những quyết định này có thể bị thiếu chính xác do sự tuyệt chủng giữa các vì sao và tốt nhất là gần đúng.

[1] Robinson, K. 2007, Quang phổ: Chìa khóa cho các vì sao (Springer)

Có nhiều cách khác nhau để đo nhiệt độ của một vật thể thiên văn. Thông thường, nhiệt độ hiệu quả có nghĩa chỉ đơn giản là nhiệt độ của người da đen. Tuy nhiên, mô hình blackbody chỉ là xấp xỉ bậc một mà chúng ta biết nó không chính xác trong nhiều trường hợp.

Nếu bạn có một phổ đẹp từ bước sóng rộng, nhiệt độ hiệu quả của bạn có thể được xác định là nhiệt độ kích thích tốt hơn. Tuy nhiên, định nghĩa nào bạn nên sử dụng thực sự phụ thuộc vào bối cảnh bạn đang ở. Kiểm tra phần này để biết tóm tắt ngắn gọn: https://www.physics.byu.edu/facemony/christensen/Physics%20427/FTI/Measure%20of%20Tem Nhiệt độ .htm