KERDIL MERAH: PENEMUAN, CIRI, EVOLUSI, KOMPOSISI - ARTE - 2025

A kerdil merah adalah kecil, sejuk bintang yang besar-besaran adalah antara 0.08 dan 0.8 kali jisim Matahari Mereka adalah bintang yang paling banyak dan paling lama hidup di alam semesta: sehingga tiga suku daripada semua yang diketahui setakat ini. Oleh kerana cahaya yang rendah, mereka tidak dapat dilihat dengan mata kasar, walaupun banyak di sekitar Matahari: dari 30 bintang yang berdekatan, 20 adalah kerdil merah.

Yang paling terkenal karena kedekatan dengan kami adalah Proxima Centauri, di buruj Centaurus, 4.2 tahun cahaya. Ia ditemui pada tahun 1915 oleh ahli astronomi Scotland, Robert Innes (1861-1933).

Gambar 1. Proxima Centauri kerdil merah adalah sebahagian daripada sistem bintang Alpha Centauri di buruj Centauri. Sumber: ESA / Hubble & NASA melalui Wikimedia Commons.

Namun, sebelum Proxima Centauri ditemui, teleskop ahli astronomi Perancis Joseph de Lalande (1732-1802) telah menemui Lalande kerdil merah 21185, di buruj Ursa Major.

Istilah "kerdil merah" digunakan untuk merujuk kepada pelbagai kelas bintang, termasuk bintang dengan jenis spektrum K dan M, serta kerdil coklat, bintang yang tidak benar-benar seperti itu, kerana mereka tidak pernah mempunyai jisim yang cukup untuk memulakan reaktor mereka dalaman.

Jenis spektrum sesuai dengan suhu permukaan bintang, dan cahayanya pecah menjadi rangkaian garis yang sangat khas.

Sebagai contoh, jenis spektral K mempunyai suhu antara 5000 dan 3500 K dan sepadan dengan bintang kuning-oren, sementara suhu jenis M kurang dari 3500 K dan mereka adalah bintang merah.

Matahari kita adalah jenis spektral G, berwarna kuning dan mempunyai suhu permukaan antara 5000 hingga 6000 K. Bintang dengan jenis spektrum tertentu mempunyai banyak persamaan, yang paling menentukan ialah jisim. Mengikut jisim bintang, begitu juga evolusinya.

Ciri-ciri kerdil merah

Kerdil merah mempunyai ciri-ciri tertentu yang membezakannya. Kami telah menyebut beberapa perkara di awal:

-Saiz kecil.

-Suhu permukaan yang rendah.

-Kadar pembakaran bahan yang rendah.

-Luminositi rendah.

Jisim

Massa, seperti yang telah kita katakan, adalah atribut utama yang menentukan kategori yang dicapai oleh bintang. Kerdil merah begitu banyak kerana bintang berjisim rendah terbentuk daripada bintang besar.

Tetapi ingin tahu, masa yang diperlukan untuk membentuk bintang berjisim rendah lebih panjang daripada bintang yang sangat besar. Ini tumbuh lebih cepat kerana daya graviti yang memadatkan jirim di tengahnya lebih besar, semakin banyak jisimnya.

Dan kita tahu bahawa sejumlah jisim kritikal diperlukan agar suhunya sesuai, untuk memulakan reaksi pelakuran. Dengan cara ini bintang memulakan kehidupan dewasa.

Matahari memerlukan puluhan juta tahun untuk terbentuk, tetapi bintang 5 kali lebih besar memerlukan kurang dari sejuta tahun, sementara bintang yang paling besar dapat mulai bersinar dalam ratusan ribu.

Suhu

Suhu permukaan adalah, seperti yang telah disebutkan, ciri penting lain yang menentukan kerdil merah. Harus kurang dari 5000K, tetapi tidak kurang dari 2000K, jika tidak, terlalu sejuk untuk menjadi bintang sejati.

Objek bintang dengan suhu di bawah 2000 K tidak boleh mempunyai nukleus pelakuran dan bintang yang digugurkan, yang tidak pernah mencapai jisim kritikal: kerdil coklat.

Analisis garis spektrum yang lebih mendalam dapat memastikan perbezaan antara kerdil merah dan kerdil coklat. Sebagai contoh, bukti litium menunjukkan bahawa itu adalah kerdil merah, tetapi jika itu adalah metana atau amonia, itu mungkin kerdil coklat.

Jenis spektral dan rajah Hertzsprung-Russell

Gambar rajah Hertzsprung-Russell (rajah HR) adalah grafik yang menunjukkan ciri dan evolusi bintang mengikut ciri spektralnya. Ini termasuk suhu permukaan, yang seperti yang telah kita katakan adalah faktor penentu, serta kecerahannya.

Pemboleh ubah yang membentuk graf adalah luminositi pada paksi menegak dan suhu berkesan pada paksi mendatar. Ia diciptakan secara bebas pada awal tahun 1900-an oleh ahli astronomi Ejnar Hertzsprung dan Henry Russell.

Rajah 2. Gambar rajah HR menunjukkan kerdil merah dalam urutan utama, di sudut kanan bawah. Sumber: Wikimedia Commons. ITU.

Mengikut spektrum mereka, bintang dikelompokkan mengikut klasifikasi spektrum Harvard, yang menunjukkan suhu bintang dalam urutan huruf berikut:

OBAFGKM

Kita mulakan dengan bintang terpanas, taip O, sementara yang paling sejuk adalah jenis M. Dalam gambar, jenis spektrum berada di bahagian bawah grafik, pada bar berwarna biru di sebelah kiri sehingga mencapai merah di sebelah kanan.

Di dalam setiap jenis terdapat variasi, kerana garis spektrum mempunyai intensitas yang berbeza, maka setiap jenis dibahagikan kepada 10 subkategori, dilambangkan dengan angka dari 0 hingga 9. Semakin rendah bilangannya, semakin panas bintang. Contohnya Matahari adalah jenis G2 dan Proxima Centauri adalah M6.

Kawasan tengah grafik, yang bergerak secara menyerong, disebut urutan utama. Sebilangan besar bintang ada di sana, tetapi evolusi mereka dapat menyebabkan mereka meninggalkan dan menempatkan diri dalam kategori lain, seperti gergasi merah atau kerdil putih. Itu semua bergantung pada jisim bintang.

Kehidupan kerdil merah selalu berlaku dalam urutan utama, dan untuk jenis spektrum, tidak semua kerdil kelas M adalah kerdil merah, walaupun kebanyakannya. Tetapi di kelas ini terdapat juga bintang-bintang hebat seperti Betelgeuse dan Antares (kanan atas rajah HR).

Evolusi

Kehidupan mana-mana bintang bermula dengan kejatuhan jurang antara bintang berkat tindakan graviti. Sebagai bahan terkumpul, ia berputar lebih cepat dan lebih cepat dan rata ke dalam cakera, berkat pemuliharaan momentum sudut. Di tengahnya adalah protostar, embrio yang boleh dikatakan mengenai bintang masa depan.

Seiring berjalannya waktu, suhu dan ketumpatan meningkat, sehingga jisim kritikal tercapai, di mana reaktor peleburan memulakan aktivitinya. Ini adalah sumber tenaga bintang pada masa akan datang dan memerlukan suhu teras sekitar 8 juta K.

Pencucuhan di teras menstabilkan bintang, kerana mengimbangi daya graviti, sehingga menimbulkan keseimbangan hidrostatik. Ini memerlukan jisim antara 0,01 dan 100 kali jisim Matahari. Sekiranya jisimnya lebih besar, pemanasan berlebihan akan menyebabkan malapetaka yang akan menghancurkan protostar.

Rajah 3. Dalam kerdil merah, peleburan hidrogen dalam nukleus mengimbangkan kekuatan graviti. Sumber: F. Zapata.

Setelah reaktor peleburan dimulakan dan keseimbangan dicapai, bintang-bintang berakhir dalam urutan utama rajah HR. Kerdil merah memancarkan tenaga dengan sangat perlahan, sehingga bekalan hidrogen mereka bertahan lama. Cara kerdil merah mengeluarkan tenaga adalah melalui mekanisme perolakan.

Penukaran tenaga hidrogen menjadi helium dilakukan dalam kerdil merah oleh rantai proton-proton, urutan di mana satu ion hidrogen menyatu dengan yang lain. Suhu sangat mempengaruhi cara pelakuran ini berlaku.

Setelah hidrogen habis, reaktor bintang berhenti berfungsi dan proses penyejukan perlahan bermula.

Rantai proton-proton

Tindak balas ini sangat biasa pada bintang yang baru saja bergabung dengan urutan utama, begitu juga pada kerdil merah. Ia bermula seperti ini:

¹ ₁ H + ¹ ₁ H → ² ₁ H + e ⁺ + ν

Di mana e ⁺ adalah positron, sama dalam semua elektron, kecuali casnya positif dan ν adalah neutrino, zarah ringan dan sukar difahami. Bagi bahagiannya ² ₁ H adalah deuterium atau hidrogen berat.

Kemudian ia berlaku:

¹ ₁ H + ² ₁ H → ³ ₂ Dia + γ

Pada yang terakhir, γ melambangkan foton. Kedua-dua reaksi berlaku dua kali, mengakibatkan:

³ ₂ Dia + ³ ₂ Dia → ⁴ ₂ Dia + 2 ( ¹ ₁ H)

Bagaimana bintang menjana tenaga dengan melakukan ini? Nah, ada sedikit perbezaan dalam jisim tindak balas, kehilangan jisim kecil yang diubah menjadi tenaga menurut persamaan terkenal Einstein:

E = mc ²

Oleh kerana tindak balas ini berlaku berkali-kali yang melibatkan sebilangan besar zarah, tenaga yang diperoleh adalah sangat besar. Tetapi bukan satu-satunya reaksi yang berlaku di dalam bintang, walaupun ini adalah kerdil merah yang paling sering terjadi.

Masa hidup bintang

Berapa lama bintang hidup bergantung pada jisimnya. Persamaan berikut adalah anggaran masa itu:

T = M ^-2.5

Di sini T adalah masa dan M adalah jisim. Penggunaan huruf besar adalah wajar, kerana masa dan besarnya jisim.

Bintang seperti Matahari hidup selama kira-kira 10 bilion tahun, tetapi bintang 30 kali jisim Matahari hidup 30 juta tahun dan bintang yang lebih besar lagi dapat hidup selama kira-kira 2 juta tahun. Walau apa pun, itu adalah kekekalan bagi manusia.

Kerdil merah hidup lebih lama daripada itu, berkat kesenangan yang mereka gunakan untuk menghabiskan bahan bakar nuklearnya. Dari segi masa seperti yang kita alami, kerdil merah bertahan selamanya, kerana masa yang diperlukan untuk menguras hidrogen dari nukleus melebihi jangkaan usia Alam Semesta.

Belum ada kerdil merah yang mati, jadi semua itu dapat disangka-sangka tentang berapa lama mereka hidup dan bagaimana akhirnya mereka adalah kerana simulasi komputer model yang dibuat dengan maklumat yang kita ada mengenainya.

Menurut model ini, saintis meramalkan bahawa apabila kerdil merah kehabisan hidrogen ia akan berubah menjadi kerdil biru.

Tidak ada yang pernah melihat bintang seperti ini, tetapi ketika hidrogen habis, kerdil merah tidak mengembang menjadi bintang gergasi merah, seperti mana Matahari kita suatu hari nanti. Ia hanya meningkatkan radioaktiviti dan suhu permukaannya berubah menjadi biru.

Komposisi kerdil merah

Komposisi bintang sangat serupa, kerana sebahagian besarnya adalah bola hidrogen dan helium yang besar. Mereka mengekalkan beberapa elemen yang terdapat di dalam gas dan debu yang menimbulkannya, jadi mereka juga mengandungi jejak elemen yang dibentuk oleh bintang-bintang sebelumnya.

Atas sebab ini, komposisi kerdil merah serupa dengan Matahari, walaupun garis spektrum berbeza dengan ketara kerana suhu. Oleh itu, jika bintang mempunyai garis hidrogen yang lemah, itu tidak bermaksud kekurangan unsur ini.

Pada kerdil merah terdapat jejak unsur-unsur lain yang lebih berat, yang disebut oleh para astronom sebagai "logam."

Dalam astronomi, definisi ini tidak bertepatan dengan apa yang biasa difahami sebagai logam, kerana digunakan di sini untuk merujuk kepada unsur apa pun, kecuali hidrogen dan helium.

Latihan

Proses pembentukan bintang adalah kompleks dan dipengaruhi oleh banyak pemboleh ubah. Masih banyak yang belum diketahui mengenai proses ini, tetapi diyakini sama untuk semua bintang, seperti yang dijelaskan dalam segmen sebelumnya.

Faktor yang menentukan ukuran dan warna bintang, yang berkaitan dengan suhu, adalah jumlah jirim yang berjaya ditambahkan berkat kekuatan graviti.

Isu yang membimbangkan ahli astronomi dan yang masih perlu diperjelaskan ialah hakikat bahawa kerdil merah mengandungi unsur yang lebih berat daripada hidrogen, helium dan litium.

Di satu pihak, teori Big Bang meramalkan bahawa bintang pertama yang terbentuk mestilah terdiri hanya dari tiga elemen paling ringan. Walau bagaimanapun, unsur berat telah dikesan pada kerdil merah.

Dan jika belum ada kerdil merah yang mati, itu berarti bahawa kerdil merah pertama yang terbentuk masih ada di suatu tempat, semuanya terdiri dari unsur cahaya.

Maka kerdil merah mungkin terbentuk kemudian, kerana kehadiran unsur berat diperlukan dalam penciptaannya. Atau ada kerdil merah generasi pertama, tetapi begitu kecil dan dengan cahaya yang rendah, mereka belum ditemui.

Contohnya kerdil merah

Centauri seterusnya

Jaraknya 4.2 tahun cahaya dan mempunyai jisim bersamaan dengan satu lapan daripada Matahari, tetapi 40 kali lebih padat. Proxima mempunyai medan magnet yang kuat, yang menjadikannya rentan terhadap suar.

Proxima juga memiliki sekurang-kurangnya satu planet yang diketahui: Proxima Centauri b, dilancarkan pada tahun 2016. Tetapi ia dipercayai telah dihanyutkan oleh cahaya yang sering dipancarkan oleh bintang, sehingga tidak mungkin menampung kehidupan, setidaknya tidak seperti yang kita tahu, kerana pelepasan bintang mengandungi sinar-X.

Bintang Barnard

Gambar 4. Perbandingan ukuran antara Matahari, bintang Barnard dan planet Musytari. Sumber: Wikimedia Commons.

Ia adalah kurcaci merah yang sangat dekat, sejauh 5,9 tahun cahaya, yang merupakan ciri utama kelajuannya, kira-kira 90 km / s ke arah Matahari.

Ia dapat dilihat melalui teleskop dan seperti Proxima, ia juga rentan terhadap suar dan suar. Baru-baru ini, sebuah planet ditemui mengorbit bintang Barnard.

Bintang Teegarden

Kerdil merah ini hanya 8% jisim Matahari berada di buruj Aries dan hanya dapat dilihat dengan teleskop yang kuat. Ia adalah antara bintang yang paling dekat, pada jarak sekitar 12 tahun cahaya.

Ia ditemukan pada tahun 2002 dan selain memiliki pergerakannya yang luar biasa, tampaknya planet ini memiliki planet di zona yang dapat dihuni.

Serigala 359

Ia adalah kerdil merah yang berubah-ubah di buruj Leo dan jaraknya hampir 8 tahun cahaya dari Matahari kita. Menjadi bintang berubah-ubah, kecerahannya meningkat secara berkala, walaupun suarnya tidak sekuat seperti Proxima Centauri.

Rujukan

1. Adams, F. Kerdil merah dan akhir urutan utama. Dipulihkan dari: astroscu.unam.mx.
2. Carroll, B. Pengenalan Astrofizik Moden. Ke-2. Edisi. Pearson.
3. Kosmos. Kerdil Merah. Dipulihkan dari: astronomy.swin.edu.au.
4. Martínez, D. Evolusi bintang. Dipulihkan dari: Buku Google.
5. Taylor, N. Red Dwarfs: Bintang Paling Umum dan Terpanjang Hidup. Dipulihkan dari: space.com.
6. Fraknoi, A. Spectra of Stars (dan Brown Dwarfs). Dipulihkan dari: phys.libretexts.org.