ספקטרוסקופיה חיונית להבנת הטמפרטורות של כוכבים. אנחנו יכולים ללמוד על ספקטרום הכוכבים ולמדוד מהו צבע הבהיר ביותר שפולט הכוכב. לאחר מכן נוכל להשתמש בחוק של ויין כדי לחשב את הטמפרטורה של פני הכוכב. קיימים דפוסים ברורים נוספים במאפיינים הספקטראליים של הכוכבים – זה היה הפאזל ש- Cannon ו- Payne-Gaposchkin היו צריכות לפתור. בתחילה הן אירגנו את כוכבים על פי עוצמת קווי המימן בסדרת בלמר (A הקו החזק ביותר), אך לאחר שנמצא הסבר פיזיקלי לקווים ספקטרליים, הן סידרו מחדש את המאפיינים הספקטראליים בהתאם לטמפרטורה. הרצף שאומץ לבסוף מתחיל עם הכוכבים החמים ביותר, הנקראים קבוצה O, בספקטרום שלהם מופיעים קוויים של הליום מיונן. הקבוצות מסומנות באותיות אנגליות, מתחילים מכוכבים חמים עד לקרים לפי הסדר: O, B, A, F, G, K, ו- M. (הסידור מחדש של האותיות והשמטתם של רבים מהטיפוסים המקוריים, מאפשרים לזכור ביתר קלות את הרצף הזה – זוהי דוגמה נוספת למטענים ההיסטוריים שהאסטרונומים נושאים עמם.)
באדיבות NASA
דורות של סטודנטים לאסטרונומיה יצרו ביטויים שעזרו לזכור את הרצף. לבסוף נבחר רצף הבא: Oh Be A Fine Girl/Guy Kiss Me. ניתן לסווג רוב את הכוכבים לקבוצות אלה. כל הקבוצות מחולקות לתתי-קבוצות המסומנות בין 0 ל- 9 (מהחם עד הקר ביותר). השמש, למשל, מסווגת ככוכב G2. האסטרונומים מורגן וקינן הוסיפו למערכת הספקטרלית גם ספרות רומיות המבטאות את עוצמת ההארה. לכוכבים נגיהות (luminosity) שונה מאוד. כוכבים יכולים להיות בעלי אותה טמפרטורה בפוטוספירה שלהם, אך רדיוס הכוכב יקבע את כמות הקרינה שיפלטו. הסימונים הנגיהות הם: 0 עבור כוכבים מסוג ענקים-אדירים, I עבור על-ענקים, II עבור ענקים בהירים, III עבור ענקים, IV עבור תת-ענקים, V עבור כוכבי הסדרה הראשית, VI עבור כוכבים ננסים, V עבור ננסים לבנים. לדוגמא: השמש היא כוכב הסדרה הראשית המתיך מימן להליום, הסוג הספקטרלי המלא שלה הוא G2V.
הנה סיכום של התכונות של הסוגים הספקטראליים. הליום מיונן נראה רק בכוכבים חמים, בעלי טמפרטורה מעל K30,0000. קווי הבליעה של מימן מופיעים בצורה חזקה ביותר בכוכבים A ו- B. בטמפרטורות נמוכות יותר, מופיעים קווים של סידן מיונן, נתרן וברזל. בכוכבים מסוג M, בעלי טמפרטורה של K30000, האנרגיות הן נמוכות כל כך, עד שאטומים יכולים אפילו ליצור קשרים כימיים – מולקולות, כגון תחמוצת טיטניום (TiO) ומגנזיום הידריד (MgH). אפילו מולקולות מים זוהו בספקטרה של כוכבים קרים כאלה, שם כמובן הם לובשים צורה של קיטור! המאפיינים הפיזיקאליים – בסדר הספקטראלי של הכוכבים הם: הטמפרטורה, מסת הכוכב במסות שמש, טווח הנגיהות – ביחידות השמש, חלקם היחסי מבין כוכבי הסדרה הראשית, מפורטים להלן:
חלק יחסי בסדרה הראשית, נגיהות (נגיהות שמש), מסת הכוכב (מסת שמש), טמפרטורה סוג ספקטרלי
- O: >30,000 K, <16 , > 30,000, 0.00003%
- B: 10,000-30,000 K , 2.1-16, 25-30,000, 0.13%
- A: 7500-10,000 K, 1.4-2.1, 5 -25, 0.6%
- F: 6000-7500 K, 1-1.4, 1.5-5, 3%
- G: 5200-6000 K, 0.8-1, 0.6-1.5, 7.5%
- K: 3700-5200 K, 0.45-0.8, 0.1-0.6, 12%
- M: 2400-3700 K, 08-0.45, <0.1, 76%
באדיבות וויקיפדיה
הערה ברשימה זו רואים כיצד הרוב המכריע של כוכבי הסדרה הראשית הם קרים ועמומים. איך נוכל לפרש תכונות ספקטרליות כה שונות במונחים של פיזיקה מיקרוסקופית? כל מחלקה ספקטרלית מתאימה לטמפרטורה שונה של גז בפוטוספרה של הכוכב. ככל שגז חם יותר הוא פולט כמויות גדולות יותר של קרינה. בטמפרטורה מסוימת, האלקטרונים ניתקים הגרעיני האטומיים נותרים חשופים. תהליך זה נקרא יינון, והגרעינים הטעונים במטען חיובי נקראים יונים חיוביים. יסודות כבדים דורשים טמפרטורות גבוהות יותר כדי להתיינן. התכונות הספקטראליות השונות מתחזקות או נחלשות ככל שהטמפרטורה משתנה. צריכים להתקיים תנאים הפיזיקליים מסוימים כדי לייצר סוג מסוים של מעבר אלקטרונים. לדוגמה, מולקולות נראות רק בכוכבים מסוג M הכי קרים, כי בטמפרטורות גבוהות יותר הקשרים הכימיים של המולקולות נשברים. קוים ספקטרליים של מתכות נראים בכוכבים מסוג G ו- K שהם קרים יחסית, אך קווי מימן אינם נראים משום שהטמפרטורה אינה גבוהה מספיק, כדי לעורר מעברים אלקטרונים באטומי מימן. בכוכבים חמים ניתן לראות קווי מימן חזקים, אבל קווי המתכות אינם נראים מפני שמרבית האטומים הכבדים אינם מיוננים. נדרשת טמפרטורה גבוהה ליינן הליום, כך שקווי הליום נראים רק בכוכבים מסוג O ו- B. יש לזכור כי היעדר קווים ספקטרליים של יסוד מסוים בספקטרום כוכבי יכול לנבוע מסיבות שונות – היסוד אינו קיים בכוכב או כי התנאים הפיזיקליים של בפוטוספירה אינם מתאימים לקיום מעברי אלקטרונים.
לאחרונה, באמצעות טכניקות אינפרה אדום ניתן לחקור כוכבים קרים מאד, שלא היו מוכרים כאשר נוצר רצף הספקטרום המקורי. כוכבים קרים יותר מ- M הם כוכבים אדומים מאוד הפולטים את רוב האנרגיה שלהם בתחום האינפרה אדום הקרוב. סקרים כגון 2MASS (סקר גלים באורך 2 מיקרון בכל השמיים), נמצא מספר משמעותי של כוכבים, שהיו רפים ביותר בתחום הנראה. 2MASS הינו מערך מורכב של טלסקופים בתחום אינפרה אדום באריזונה וצ'ילה, הסוקר את הכוכבים שעוצמתם באורכי גל תחום האינפרה אדום גדולה פי 2-4 יותר מעוצמתם בתחום הנראה. לווין רגיש עוד יותר הוא לוויין ה- WISE (Wide) של נאס"א. הודות לסקרים אלה, הוגדרו שלושה סוגים ספקטרליים חדשים. כוכבים מסוג L יש טמפרטורה אופיינית של 1200-2400 קלווין. כוכבים אלה מייצגים את המעבר בין כוכב בעל מסה הקטנה ביותר שיכול עדיין לקיים היתוך גרעיני לבין גוף קריר יותר הנקרא גמד חום. לגופים מסוג T יש טמפרטורה אופיינית של 500-1200 קלווין. רוב התכונות הספקטראליות כוכבים קרים מאפיינות קיום מולקולות. כוכבים מסוג L ו- T יכולים להיות רבים יותר שכל שאר הסוגים הספקטראליים. לבסוף, WISE זיהה כמה עשרות גמדים חומים קרים עם טמפרטורות הנמוכות מ 600K. לגוף הקר ביותר יש אטמוספירה בעלת טמפרטורה נמוכה מזו של מים רותחים! גופים אלה הם גופי מעבר בין כוכבים לבין כוכבי לכת.
Author: Chris Impey