Как астрономы определяют возраст звезд?

Для определения характеристик звезд требуется владение несколькими методами. Чтобы вычислить их массу, достаточно посмотреть на орбитальный период и провести небольшие алгебраические вычисления. Анализ спектра света также позволяет определить их состав. С возрастом все гораздо сложнее, поскольку этот параметр нельзя измерить напрямую. Сегодня для этого существуют три взаимодополняющие методики.

Как и мы, звезды рождаются, живут и умирают. Однако эти циклы не являются «застывшими в камне». В зависимости от своей массы, некоторые звезды достигают этих различных точек в разное время. Например, самые массивные звезды умирают молодыми, а наименее массивные могут гореть миллиарды лет.

В начале 20 века два астронома (Эйнар Герцшпрунг и Генри Норрис Расселл) независимо друг от друга придумали строить графики зависимости температуры звезд от их светимости. Узоры на этих диаграммах соответствовали времени жизненного цикла различных объектов.

Сегодня астрофизики по-прежнему используют эти закономерности для определения возраста скоплений, в которых все звезды формируются одновременно. Однако если для скоплений этот метод достаточно эффективен, то для отдельных объектов он становится слишком приблизительным.

В 1970-х годах было обнаружено, что звезды в более молодых скоплениях вращаются быстрее, чем звезды в более старых скоплениях. Астроном Эндрю Скуманич использовал скорость вращения и активность поверхности звезды, чтобы предложить простое уравнение для оценки возраста звезды: Скорость вращения = (Возраст) -½.

Этот метод позволял оценивать возраст отдельных звезд с относительной точностью в течение нескольких десятилетий. Однако несколько лет назад было замечено, что при достижении определенного возраста некоторые звезды замедляются не так быстро, как ожидалось. Интересный момент: этот возраст примерно соответствует возрасту нынешнего Солнца.

Таким образом, сегодня этот метод остается эталоном для звезд моложе Солнца. Для более старых звезд астрофизики обращаются к другому методу.

Например, недавно мы узнали, что звезды старше Солнца ведут себя не в соответствии с вышеупомянутым законом гирохронологии, который связывает скорости вращения этих объектов с их возрастом. Для остальных используется «сейсмология».

Анализ звука, который издает объект, для определения его внутренней структуры — это метод, широко используемый во многих областях. Например, геологи изучают распространение звуковых волн, возникающих при землетрясениях, чтобы исследовать внутреннее строение Земли. В этом случае анализ времени распространения этих волн дает исследователям информацию о различных слоях, через которые они проходят.

То же самое относится и к звездам. Эти объекты не статичны: они постоянно вибрируют, подпитываемые различными процессами в их недрах. Эти мельчайшие колебания вызывают едва уловимые изменения яркости поверхности. Анализируя их, астрономы могут получить представление об их внутренней структуре. В свою очередь, анализ внутренней структуры звезды позволяет с относительной точностью определить ее возраст. Это известно как астеросейсмология.

Однако этот очень сложный метод требует очень длительных наблюдений за одним объектом, что стало возможным благодаря охотнику за экзопланетами «Кеплер» несколько лет назад. С тех пор этот метод в основном используется для оценки возраста звезд старше Солнца.