Sut i Ddeall Diagram Hertzsprung-Russell
Mae'r diagram Hertzsprung-Russell (a dalfyrrir yn aml fel y diagram H–R) yn un o'r "mapiau" pwysicaf mewn seryddiaeth ar gyfer deall bywydau sêr. Drwy edrych ar safle seren ar y diagram, gallwn gasglu ei thymheredd arwyneb, ei disgleirdeb, ei maint cymharol, a hyd yn oed ei gam esblygiadol presennol. Fodd bynnag, i ddechreuwyr, gall y diagram H–R fod yn ddryslyd oherwydd ei fod yn cyfuno sawl cysyniad: maint, disgleirdeb, sbectrwm, lliw, a dosbarth seren. Bydd yr erthygl hon yn eich tywys trwy'r diagram H–R gam wrth gam ac mewn ffordd ymarferol.
1. Beth yw diagram Hertzsprung-Russell?
Mae'r diagram H–R yn graff sy'n dangos y berthynas rhwng disgleirdeb cynhenid seren (goleuedd) a'i thymheredd arwyneb (neu fath sbectrol). Enwir y diagram ar ôl dau seryddwr, Ejnar Hertzsprung a Henry Norris Russell, a sylweddolodd ddechrau'r 20fed ganrif nad oedd sêr wedi'u dosbarthu ar hap wrth eu plotio yn ôl disgleirdeb a sbectrwm, ond yn hytrach yn ffurfio patrwm penodol.
Mae'r patrwm hwn yn bwysig iawn oherwydd ei fod yn adlewyrchu ffiseg sêr: sut mae sêr yn cynhyrchu ynni, sut mae eu maint yn newid, a sut maen nhw'n esblygu o enedigaeth i "farwolaeth".
2. Deall echelinau diagram: beth sy'n cael ei blotio?
Er mwyn peidio â mynd ar goll, y cam cyntaf yw deall dau brif echel y diagram.
a) Echel fertigol: disgleirdeb neu faint absoliwt
Mae'r echelin fertigol fel arfer yn dangos y disgleirdeb (L), sef cyfanswm yr egni golau a allyrrir gan y seren fesul uned amser, o'i gymharu â disgleirdeb yr Haul (L☉). Weithiau mae'r diagram yn defnyddio maint absoliwt (M) yn lle disgleirdeb. Mae'r ddau yn cynrychioli "disgleirdeb gwirioneddol" y seren, nid pa mor ddisglair y mae'n ymddangos o'r Ddaear.
– Mae disgleirdeb uchel yn golygu bod y seren yn wirioneddol ddisglair iawn.
– Mae maint absoliwt bach/negatif yn golygu bod y seren yn fwy disglair (cofiwch: mae'r raddfa maint wedi'i "gwrthdroi").
Ar lawer o ddiagramau:
– Top = mwy disglair
– Gwaelod = pylu
b) Echel lorweddol: math tymheredd neu sbectrol (ac yn aml yn “wrthdro”)
Mae'r echelin lorweddol yn cynrychioli tymheredd wyneb y seren (mewn Kelvin) neu'r math sbectrol (O, B, A, F, G, K, M). Camsyniad cyffredin: ar y diagram H–R clasurol, mae'r tymheredd yn gostwng o'r chwith i'r dde.
Mae'n golygu:
– Chwith = poethach (e.e. 30.000 K)
– Dde = oerach (e.e. 3.000 K)
Os yw'r math a ddangosir yn sbectrol:
– O'r poethaf a'r glasaf,
– yna B, A, F, G, K,
– M yw'r oeraf a'r cochaf.
Felly os gwelwch chi seren ar ochr chwith y diagram, mae'n seren boeth. Ar yr ochr dde, mae'n seren oerach.
3. Y berthynas rhwng lliw a thymheredd: yr allwedd i ddarllen y diagram
Mae sêr poeth yn allyrru mwy o olau ar donfeddi byrrach, felly maen nhw'n ymddangos yn las/gwyn. Mae sêr oer yn allyrru mwy o olau ar donfeddi hirach, felly maen nhw'n ymddangos yn oren/coch.
Y mapio syml:
– Chwith (poeth) → glas
– Canol (canolig) → gwyn-melyn
– Dde (oer) → oren-goch
Mae'r Haul tua math G, mae ganddo dymheredd o ~5.800 K, mae'n felyn-gwyn o ran lliw, ac mae wedi'i leoli ar y "prif lwybr" (mwy am hynny mewn eiliad).
4. Tri phrif ranbarth yn y diagram H–R
Unwaith y byddwch chi'n deall yr echelinau, fe sylwch chi fod sêr yn tueddu i glystyru mewn rhai ardaloedd. Y tri phrif ranbarth yw:
a) Prif ddilyniant (Prif Ddilyniant)
Mae hon yn llinell groeslinol o'r chwith uchaf i'r dde isaf. Mae'r rhan fwyaf o'r sêr wedi'u lleoli yma.
Ei nodweddion:
– Mae sêr ar y prif ddilyniant yn llosgi hydrogen yn heliwm yn y craidd (cyfnod sefydlog).
– Po bellaf i'r chwith uchaf: mae'r seren yn boethach ac yn fwy disglair (fel arfer yn enfawr).
– Y pellaf i'r gwaelod ar y dde: mae'r seren yn oerach ac yn dywyllach (fel arfer mae ganddi fàs bach).
Mae'r haul ar y prif ddilyniant canol.
Greddf bwysig:
– Sêr mwy enfawr → poethach → llawer disgleiriach → oes fyrrach.
– Sêr bach (corachod coch) → oerach → pylu → oes hir iawn.
b) Cewri ac uwch-gewri
Maen nhw ar y dde uchaf (oer ond yn llachar iawn) a hefyd ar y brig yn gyffredinol.
Sut gall rhywbeth fod yn oer ond eto'n llachar? Oherwydd bod maint hefyd yn effeithio ar oleuedd. Mae gan sêr anferth radii enfawr, felly er nad yw eu harwynebau'n arbennig o boeth, mae cyfanswm yr arwynebedd sy'n allyrru golau yn enfawr.
Enghraifft:
– Cawr coch: oer, mawr, llachar.
– Gorchawr: gall fod yn llachar iawn, naill ai'n boeth (glas) neu'n oer (coch), yn dibynnu ar ei esblygiad.
c) Corrachod gwyn
Mae'r corrach gwyn ar y gwaelod chwith: poeth ond pylu.
Mae hyn yn ymddangos yn groes i'w gilydd nes i chi gofio'r ffactor maint:
– Mae corrachod gwyn yn fach iawn (tua maint y Ddaear), felly er eu bod nhw'n boeth, nid yw eu hallbwn golau cyfan yn fawr.
– Fel arfer dyma gam olaf seren màs bach-canolig ar ôl mynd trwy'r cyfnod cawr.
5. Sut i “ddarllen” meintiau sêr o ddiagram
Mae diagramau H–R yn aml yn cynnwys llinellau â radiws cyson (neu gallwch eu dychmygu). Y gwir amdani:
– Mae'r sêr uchod yn gyffredinol yn fwy (neu'n fwy enfawr, yn dibynnu ar y rhanbarth).
– Ar yr un tymheredd, mae seren fwy disglair yn golygu bod ei radiws yn fwy.
Enghraifft:
– Dwy seren o'r un 4.000 K (dde'r diagram). Os yw un yn llawer mwy disglair, mae'n debyg ei bod yn gawr coch, tra bod yr un pylu yn gorrach coch.
Felly, gydag un pwynt ar y diagram, gallwch amcangyfrif:
1) tymheredd (o'r echelin X),
2) disgleirdeb (echelin Y),
3) ac yn ansoddol y maint/radiws (o gyfuniad o'r ddau).
6. Deall esblygiad sêr trwy symudiad yn y diagram
Defnyddir y diagram H–R yn aml hefyd i ddisgrifio “llwybr bywyd” seren.
Disgrifiad cyffredinol o seren debyg i'r Haul:
1. Prif ddilyniant: hydrogen llosgi sefydlog.
2. Mae'r hydrogen craidd yn rhedeg allan → mae'r seren yn ehangu → mae'n mynd i mewn i ranbarth y cawr coch (yn symud i'r dde uchaf: mae'r wyneb yn oeri ond mae'r disgleirdeb yn cynyddu).
3. Mae'r haenau allanol yn cael eu rhyddhau → mae craidd poeth bach yn aros → yn dod yn gorrach gwyn (yn symud i'r gwaelod chwith: poeth ond pylu).
Ar gyfer sêr enfawr iawn:
– Mae eu hesblygiad yn fwy cymhleth a chyflym, gallant ddod yn uwchgewri a diweddu fel uwchnofâu, yna sêr niwtron neu dyllau du. Yn aml maent wedi'u lleoli yn y chwith uchaf (poeth a llachar iawn) cyn newid i gyfnod arall.
7. Enghraifft syml o ddarllen safleoedd sêr
Tybiwch eich bod chi'n gweld pwynt seren:
– ar y chwith uchaf: mae honno'n seren boeth a llachar iawn, o bosibl yn seren enfawr ar y prif ddilyniant (math O/B) neu'n uwchgawr glas.
– ar y gwaelod ar y dde: mae'n seren oer, dywyll, yn ôl pob tebyg corrach coch sy'n gyffredin iawn yn y galaeth.
– ar y dde uchaf: mae'n oer ond yn llachar, ac mae'n debyg ei fod yn gawr coch.
– ar y gwaelod chwith: mae'n boeth ond yn dywyll, o bosibl yn gorrach gwyn.
Gyda ymarfer fel hyn, mae'r diagram H–R yn dod yn offeryn diagnostig cyflym.
8. Camgymeriadau cyffredin wrth astudio diagramau H–R
Rhai pethau y mae pobl yn aml yn eu gwneud yn anghywir:
1. Gan dybio bod yr echelin tymheredd yn cynyddu i'r dde. Yn y diagram H–R clasurol, mae'n lleihau i'r dde mewn gwirionedd.
2. Cymharu disgleirdeb ymddangosiadol â disgleirdeb. Mae'r diagram H–R yn defnyddio disgleirdeb cynhenid (maint absoliwt/disgleirdeb).
3. Gan dybio bod sêr “coch” o reidrwydd yn pylu. Gall cewri coch fod yn llachar iawn mewn gwirionedd.
4. Anghofiwch fod maint yn chwarae rhan fawr. Nid dim ond mater o dymheredd yw disgleirdeb, ond hefyd arwynebedd wyneb seren.
Cau
Mae diagram Hertzsprung-Russell yn drosolwg gweledol rhyfeddol: mewn un graff, gallwn weld y perthnasoedd sylfaenol rhwng tymheredd, disgleirdeb, maint a chyfnod esblygiadol seren. Yr allwedd yw deall yr echelinau, adnabod y tair prif ranbarth (dilyniant prif, cawr, corrach gwyn), a chofio y gall sêr fod yn llachar oherwydd eu bod yn boeth, oherwydd eu bod yn enfawr, neu'r ddau. Unwaith y byddwch chi'n ei ddeall, mae darllen y diagram H-R yn teimlo fel darllen "map bywyd" o sêr yn y bydysawd.
Os hoffech chi, gallaf wneud fersiwn o'r erthygl hon gyda darluniau syml (diagramau ASCII) neu gwestiynau ymarfer ar ddarllen rhai o'r pwyntiau seren ar ddiagram H–R.
