5.Hertzprong-Russell Methode

Hertzprong-Russell methode
We eindigden dus met de vraag, hoe meten we de afstand tot sterren die verder weg staan, als we
de hoek die nodig is voor de parallaxmethode niet eens kunnen waarnemen. Het is echter ook
mogelijk om de afstand van sterren te meten die zich nog veel verder in het heelal bevinden.
Hertzprong-Russell
Bijna alle sterren lijken ontzettend veel op elkaar. Dat wil zeggen: alle sterren die in hun "volwassen
jaren" zijn en zich bevinden in de periode na hun ontstaan en voor hun sterven,
zogenaamde hoofdreekssterren. De helderheid en de temperatuur van hoofdreekssterren zijn heel
nauw aan elkaar gerelateerd. Als twee sterren dezelfde temperatuur hebben, hebben ze ook
dezelfde helderheid. En ja, altijd! Wanneer je al die sterren in een diagram zet krijg je het
zogenaamde Hertzsprong-Russelldiagram. (zie bron)
Een zwak schijnende ster kan veel dichter bij staan dan een heldere ster. Maar als je die ster niet
kunt meten houdt het op. Het meten van de temperatuur van een ster kan daarentegen wel! Dankzij
de temperatuur, kan met behulp van bovenstaand diagram de helderheid bepaald worden. Als de
helderheid bekend is, kunnen we met een trucje, de afstand berekenen!
Als je de absolute helderheid (wat je met zo'n Hertsprong-Russell diagram kunt vinden) en de relative
helderheid weet, kun je de afstand bepalen.
Ter illustratie: eerst meet je hoe fel een gloeilamp op 1 meter afstand schijnt en vervolgens meet je
dezelfde gloeilamp op een afstand die je niet precies weet. Daarna kun je met behulp van deze drie
gegevens (1) 1 meter, (2) helderheid gloeilamp op 1 meter en (3) helderheid op de onbekende
afstand, de afstand berekenen die je wilt weten. Dit vereist enige wiskunde, maar het is prima
mogelijk.
Om de afstand van een ster te weten, moet je dus allereerst de temperatuur meten. Vervolgens kun
je met het Hertzsprong-Russeldiagram de absolute helderheid bepalen. En daarna meet je de
relatieve helderheid, combineer je die met de absolute helderheid, en voilá: de afstand tot de ster is
bekend!
Nog niet alles
Zoals meestal het geval is, is ook hier het probleem iets ingewikkelder dan dit. De ster moet namelijk
een hoofdreeksster zijn, anders gaat het hele verhaal niet op. Hoe weet je dat een ster een
hoofdreeksster is?! Ook dat is te meten. Dat doe je door de samenstelling van een ster te meten en
te bepalen uit welke elementen de ster bestaat.
Om de samenstelling van een ster te meten, wordt er gebruik gemaakt van een zogenaamd
kleurenspectrum. Hierdoor kan bepaald worden welke kleuren er allemaal in licht van de ster zit, en
in welke mate de kleur erin zit. Net als een gloeilamp, schijnt een ster in alle kleuren licht. (zie bron
voor afbeelding spectrum van een gloeilamp of een)
Een spectrum van een zwarte straler
Hoe verder je in de afbeelding naar rechts gaat, hoe groter de golflengte is. De golflengte bepaalt de
kleur van het licht. Hoe hoger de lijn, hoe intenser die kleur licht. Hoe verder je naar links gaat, hoe
korter de golflengte. Na paars komt UV straling (de schadelijke straling van de zon), daarna
röntgenstraling en gammastraling (beiden zeer schadelijk). Er zijn vijf witte lijnen getekend, elke met
een hogere piek. Deze corresponderen met de temperatuur. Hoe hoger de temperatuur, hoe
intenser het licht.
Het spectrum van een ster is net niet helemaal zoals bovenstaand plaatje. Een ster bestaat uit gas, en
gas absorbeert licht op zo'n manier dat alleen een hele specifieke golflengte wordt geabsorbeerd,
bijvoorbeeld 511 nanometer. Dan is een specifieke kleur groen niet zichtbaar, maar andere kleuren
groen wel. Elk element (waterstof, helium, etc.) absorbeert licht van een andere golflengte. Door te
meten welke golflengtes geabsorbeerd worden en in welke mate ze geabsorbeerd worden, kun je
meten hoeveel van welk element er in de ster aanwezig is. Het spectrum van de zon ziet er
bijvoorbeeld zo uit:
Spectrum
zon
Conclusie
Het meten van afstanden van sterren die redelijk ver weg staan is een stuk ingewikkelder dan
wanneer ze dichtbij staan. Eerst moet je het spectrum bepalen en kijken of het een hoofdreeksster is.
Vervolgens meet je de temperatuur van de ster waar je dan de absolute helderheid uit kunt bepalen
met het Hertzsprong-Russelldiagram. Daarna meet je de relatieve helderheid van een ster. Het
combineren van de relatieve en absolute helderheid maakt dan de afstand van de ster inzichtelijk.
Pittige wiskunde, maar wel heel erg effectief!
Bron: http://www.heel.al/post/afstanden_meten_spectrum/7