Pääsarja

Tämä artikkeli käsittelee tähtitieteellistä pääsarja-käsitettä. Urheilutermistä kertoo artikkeli Pääsarja (urheilu).

Pääsarja (engl. Main sequence, MS) on Hertzsprungin–Russellin kaaviossa kohta, missä suurin osa tähdistä on. Pääsarja on pitkäaikaisin vakaa vaihe tähden kehityksessä. Synnyttyään tähti asettuu pääsarjaan tasapainotilaan.

Pääsarjan tähdet ulottuvat kirkkaasta sinisestä himmeään punaiseen. Aurinko on keltainen, keskimääräisen kirkas, keski-ikäinen pääsarjan tähti, joka kuuluu spektriluokkaan G2 ja jonka absoluuttinen kirkkaus on 4,8. Aurinko muuttuu pääsarjavaiheen jälkeen punaiseksi jättiläiseksi ja nielaisee Merkuriuksen ja Venuksen noin viiden miljardin vuoden kuluttua. Maata se ei nielaise, mutta Maan meret kiehuvat tyhjiksi ja elämä lakkaa. Sitä ennen Auringosta tulee keltainen alijättiläinen, jonka säteily riittää tuhoamaan elämän maan pinnalta.

Kirkkaat, kuumat siniset pääsarjan tähdet ovat suhteellisen lyhyikäisiä, säästöliekillä vetyä polttavat himmeät pääsarjan tähdet pitkäikäisiä.

Pääsarjaa merkitään spektriluokituksessa roomalaisella numerolla V, esimerkiksi Aurinko on G2V. Joissain yhteyksissä pääsarjan tähtiä sanotaan hieman hämääväksi kääpiötähdiksi. Himmeimmille pääsarjan tähdille, M-spektriluokan punaisille kääpiöille, tämä nimitys onkin osuva. Auringon spektriluokka on erään merkintätavan mukaan dG2, missä d = dwarf eli kääpiö. Kirkkaita pääsarjan tähtiä merkitään esimerkiksi G0Va, himmeämpiä G0Vb.

Pääsarjan tähdet kirkkauden ja värin mukaan

Suurin osa tähdistä kuuluu pääsarjaan. Näitä ovat esimerkiksi Aurinko, Tau Tauri ja Proxima Centauri. Kuumat, siniset pääsarjan tähdet ovat suuria ja kirkkaita, ja myös lyhytikäisiä. Punaiset kääpiöt ovat himmeitä pääsarjan tähtiä, jotka ovat sinisiä viileämpiä. Ruskeat kääpiöt ovat vielä punaisia kääpiöitä himmeämpi.

Yleensä tähdet luokitellaan spektriluokan mukaan ryhmiin. Pääsarjan arvioinnin pohjana voi olla myös väri-indeksi joka on positiivinen valkoisesta keltaiseen päin ja negatiivinen siniseen päin. Luminositeetti on sama kuin tähden kirkkaus kaikilla aaltoalueilla, myös esimerkiksi näkymättömässä infrapunassa ja ultravioletissa. Aurinkoa kuumemmat tähdet säteilevät energiaa huomattavasti enemmän ultravioletti- ja röntgenalueella, ja aurinkoa kylmemmät infrapuna-alueella. Todelliset arvot voivat vaihdella jonkin spektriluokan tähdelle 20–30 %:n rajoissa.

Spektriluokka^[1]	Pintalämpötila Kelviniä	Säde auringon säde=1	Massa auringon massa=1	Absoluuttinen näennäinen kirkkaus M_V	Kokonaissäteilyteho eli bolometrinen luminositeetti, Auringon = 1	Elokelpoisen vyöhykkeen säde AU	Elinikä miljoonaa vuotta	Osuus kaikista tähdistä
O3	53 000K	15	120	–6,0	1 400 000	1 200	2	0,00001 %
O5	45 000K	12	60	–5,7	790 000	890	3
O8	35 000K	8,5	23	–4,9	170 000	410	6
B0	30 000K	7,4	17	–4,0	50 000	220	9	0,1 %
B3	19 000K	4,8	7,6	–1,6	1900	44	30
B5	15 000K	3,9	5,9	–1,2	830	29	50
B8	12 000K	3,0	3,8	–0,2	180	13	150
A0	9 500K	2,4	2,9	0,6	54	7,3	300	0,7 %
A5	8 200K	1,7	2,0	1,9	14	3,7	1 000	0,7 %
F0	7 200K	1,5	1,6	2,7	6,5	2,5	1 900	2 %
F5	6 400K	1,3	1,3	3,5	3,2	1,8	3 200	2 %
G0	6 000K	1,1	1,05	4,4	1,5	1,2	8 000	3,5 %
G2	5 800K	1,0	1,00	4,8	1,0	1,0	10 000
G5	5 700K	0,92	0,92	5,1	0,79	0,89	12 000
K0	5 200K	0,85	0,79	5,9	0,42	0,65	22 000	8 %
K5	4 300K	0,72	0,67	7,4	0,15	0,39	45 000	8 %
M0	3 800K	0,60	0,51	8,8	0,08	0,28	68 000	80 %
M5	3 200K	0,27	0,21	12,3	0,011	0,10	200 000
M8	2 600K	0,15	0,06	16,0	0,001	0,03	700 000

Pääsarja, toinen taulukko^[2]
Spektriluokka	Pintalämpötila K	Mbol	Kokonaissäteilyntuotto Aurinkoa	L Zams Aurinkoa	Valovoima Aurinkoa	Massa Aurinkoa	Säde Aurinkoa	Maata vastaava rata AU:na	Elinikä miljardia vuotta

04	48 000	-10,24	990 000,00	980 000,00	1,75E4	90,000	14,400	995,00	0,002
05	44 500	-9,99	790 000,00	560 000,00	1,46E4	60,000	15,000	889,00	0,004
06	41 000	-9,31	420 000,00	238 000,00	1,20E4	37,000	12,900	648,00	0,005
07	38 000	-8,79	260 000,00	140 000,00	9 350,00	30,000	11,800	510,00	0,006
08	35 800	-8,33	170 000,00	84 500,00	6 960,00	23,000	10,800	412,00	0,008
09	33 000	-7,72	97 000,00	62 700,00	4 820,00	23,300	9,560	311,00	0,009
B0	30 000	-7,04	52 000,00	40 800,00	3 020,00	17,500	8,470	228,00	0,010
B1	25 400	-5,76	16 000,00	18 800,00	1 420,00	14,200	6,560	126,00	0,013
B2	22 000	-4,64	5 700,00	9 720,00	698,00	10,900	5,220	75,50	0,020
B3	18 700	-3,45	1 900,00	3 150,00	339,00	7,600	4,170	43,60	0,043
B5	15 400	-2,55	830,00	1 500,00	231,00	5,900	4,060	28,80	0,066
B6	14 000	-2,00	500,00	823,00	175,00	5,200	3,810	22,40	0,075
B7	13 000	-1,51	320,00	496,00	133,00	4,500	3,540	17,90	0,198
B8	11 900	-0,89	180,00	308,00	91,90	3,800	3,170	13,40	0,367
B9	10 500	-0,19	95,00	187,00	63,30	3,350	2,960	9,75	0,475
A0	9 520	0,42	54,00	87,20	43,70	2,900	2,710	7,35	0,583
A1	9 230	0,89	35,00	76,60	30,20	2,720	2,320	5,92	0,627
A2	8 970	1,21	26,00	66,10	23,10	2,540	2,120	5,10	0,670
A3	8 720	1,44	21,00	55,60	19,20	2,360	2,010	4,58	0,713
A5	8 200	1,88	14,00	34,60	13,00	2,000	1,860	3,74	0,800
A7	7 850	2,20	10,50	25,30	10,00	1,840	1,760	3,24	1,120
A8	7 580	2,41	8,60	20,60	8,37	1,760	1,710	2,93	1,280
F0	7 200	2,72	6,50	11,20	6,38	1,600	1,640	2,55	1,600
F2	6 890	3,17	4,30	6,57	4,14	1,520	1,460	2,07	1,760
F5	6 440	3,49	3,20	4,47	3,00	1,400	1,440	1,79	3,440
F8	6 200	3,94	2,10	2,51	1,93	1,190	1,260	1,45	6,880
G0	6 030	4,31	1,50	1,21	1,36	1,050	1,130	1,22	9,180
G2	5 860	4,65	1,10	0,74	0,97	0,998	1,020	1,05	10,100
G5	5 770	5,01	0,79	0,63	0,69	0,920	0,893	0,89	14,000
G8	5 570	5,20	0,66	0,51	0,56	0,842	0,875	0,81	17,900
K0	5 250	5,69	0,42	0,45	0,34	0,790	0,786	0,65	21,100
K1	5 080	5,83	0,37	0,41	0,28	0,766	0,788	0,61	long
K2	4 900	6,09	0,29	0,38	0,21	0,742	0,750	0,54
K3	4 730	6,21	0,26	0,34	0,18	0,718	0,762	0,51
K4	4 590	6,55	0,19	0,31	0,12	0,694	0,692	0,43	very
K5	4 350	6,81	0,15	0,27	82,4E-3	0,670	0,684	0,39	long
K7	4 060	7,25	0,10	0,19	42,1E-3	0,606	0,641	0,32
M0	3 850	7,53	77,00E-3	52,00E-3	23,0E-3	0,510	0,626	0,28
M1	3 720	7,79	61,00E-3	38,80E-3	14,6E-3	0,445	0,597	0,25
M2	3 580	8,12	45,00E-3	27,70E-3	8,42E-3	0,400	0,553	0,21
M3	3 470	8,36	36,00E-3	24,00E-3	5,30E-3	0,350	0,527	0,19
M4	3 370	9,05	19,00E-3	19,40E-3	2,26E-3	0,300	0,406	0,13
M5	3 240	9,65	11,00E-3	14,70E-3	0,95E-3	0,250	0,334	0,11
M6	3 050	10,44	5,30E-3	10,70E-3	0,29E-3	0,207	0,262	72,8E-3
M7	2 940	10,92	3,40E-3	7,06E-3	0,15E-3	0,163	0,226	58,3E-3
M8	2 640	12,05	1,20E-3	2,67E-3	29,30E-6	0,120	0,166	35,0E-3
M9	2 510	13,56	0,30E-3	0,30E-3	1,16E-6	0,100	0,092	17,0E-3

Pääsarjan tähtien energiantuotannosta ja sisäisestä rakenteesta

Suurimassaiset pääsarjan tähdet ovat lyhytikäisiä, koska ne ovat ytimeltään kuumia ja polttavat vetyä hyvin nopeasti. Pienet tähdet polttavat vetyä äärimmäisen hitaasti ja elävät pitkään.

Auringon tyyppisessä alemman pääsarjan tähdessä lämpö kulkee ytimessä säteilyn avulla, ulompana konvektiolla kaasuvirtausten mukana, ja nämä tähdet tuottavat energiaa polttamalla vetyä protoni-protoni-ketjussa.

Hyvin pienimassaiset alle 0,08–0,25 Auringon massaiset punaiset kääpiöt ovat kokonaan konvektiivisia.

Ylemmän pääsarjan tähtien massa on yli 1,1 Auringon massaa. Näiden tähtien pääasiallinen energiantuotantomekanismi on vetyä hiilien, typen ja hapen avulla heliumiksi polttava hiilisykli, ja niiden ydin on konvektiivinen, vaippa radiatiivinen.

Pääsarjan tähden elinikä τ_rms.

\tau _{ms}\sim 10^{10}\cdot \left[{\frac {M_{\bigodot }}{M}}\right]^{2.5}{\mbox{ vuotta}}

Nollaiän pääsarja ZAMS

Nollaiän pääsarjalla (engl. Zero Age Main Sequence ZAMS) tarkoitetaan viivaa, jolla tähti on HR-kaaviossa asetuttuaan pääsarjaan. Tähdillä on taipumus hieman kirkastua elinikänsä aikana. Aurinko oli nollaiän pääsarjassa 70 % nykyistä himmeämpi. Jos Auringon metallipitoisuus olisi eri, sen ZAMS-kohta olisi eri kohdassa kuin sen nykyisellä kemiallisella koostumuksella. Alikääpiöt ovat hyvin metalliköyhiä pääsarjan tyyppisiä tähtiä. Tähden paikkaa pääsarjassa muuttavat myös sen pyöriminen, läheiset kaksoistähtikumppanit ja magneettikentät. Tähti voi tilapäisissä purkauksissa kirkastua pääsarjasta ulos.

Nollaiän pääsarjan absoluuttinen visuaalinen kirkkaus M_V ja väri-indeksi B-V.

Absoluuttinen näennäinen kirkkaus M_V	Väri-indeksi B-V
2,10	-0,25
1,10	-0,20
0,30	-0,15
0,50	-0,10
1,10	-0,05
1,50	0,00
1,74	0,05
2,00	0,10
2,45	0,20
2,95	0,30
3,56	0,40
4,23	0,50

Pääsarja-taulukoita

Pääsarjan tähden spektrityyppi-väri-indeksi ja lämpötila riippuvat toisistaan. Vastaavan spektriluokan jättiläistähdet ovat saman spektriluokan pääsarjan tähteä punaisempia eli niiden B-V on positiivinen.

Spektri, väri-indeksi B-V, lämpötila.

Spektri	Väri-indeksi B-V	Lämpötila K
B0	-0,30	26 500 K
B5	-0,16	13 800 K
A0	0,00	9 850 K
A5	0,14	8 260 K
F0	0,31	7 030 K
F5	0,43	6 400 K
G0	0,59	5 900 K
G5	0,66	5 660 K
K0	0,82	5 240 K
K5	1,15	4 400 K
M0	1,41	3 750 K
M5	1,61	3 100 K

Log M on massan logaritmi. L on luminositeetti. Mbol on bolometrinen kirkkaus. MV on visuaalinen kirkkaus. R on tähden säde. U-B, B-V jne ovat väri-indeksejä. ^[3]

Spektriluokka	Massa Log (Massa/Maurinko)	Luminositeetti Log (L/Laurinko)	Absoluuttinen bolometrinen kirkkaus Mbol	Absoluuttinen visuaalinen kirkkaus MV	Säteen logaritmi Log (R/Raurinko)	Väri-indeksi (U-B)	Väri-indeksi (B-V)	Väri-indeksi (V-R)	Väri-indeksi (V-I)
O4	1,8	6	-10,2	-6,3	1,3	...	...	...	...
O5	1,77	5,4	-8,9	-5,6	1,08	-1,15	-0,32	...	...
O8	1,36	4,9	-7,6	-4,6	0,93	-1,13	-0,31	...	...
B0	1,24	4,4	-6,3	-3,4	0,86	-1,08	-0,3	...	...
B3	0,88	3,7	-4,6	-2,2	0,72	-0,71	-0,2	...	...
B5	0,77	3	-2,9	-1,1	0,58	-0,56	-0,16	...	...
B8	0,56	2,3	-1,1	-0,2	0,49	-0,34	-0,1	...	...
A0	0,46	1,8	0,3	0,6	0,38	-0,06	0	0	0
A2	0,4	1,6	0,7	1,1	0,32	...	...	...	...
A5	0,3	1,2	1,8	1,9	0,23	0,11	0,15	...	...
F0	0,2	0,8	2,6	2,7	0,18	0,06	0,29	0,3	0,47
F5	0,11	0,6	3,3	3,4	0,11	0,01	0,42	...	...
G0	0,02	0,2	4,2	4,4	0,04	0,05	0,58	0,52	0,93
G2	0	0	4,7	4,8	0	0,13	0,65	0,41	0,75
G5	-0,04	-0,1	4,9	5,2	-0,04	0,2	0,69	...	...
K0	-0,1	-0,4	5,6	5,9	-0,07	0,47	0,85	0,74	1,4
K5	-0,2	-0,8	6,6	7,5	-0,14	1,09	1,16	0,8	1,5
M0	-0,3	-1,6	7,5	8,8	-0,22	1,25	1,4	...	...
M2	-0,4	-1,5	8,4	10,2	-0,3	...	...	...	...
M4	-0,6	-2	9,7	12,2	-0,5	...	...	...	...
M5	-0,8	-2,5	10,9	13,9	-0,56	1,22	1,61	...	2,8
M6	-1	-2,9	12,1	15,5	-0,9	...	...	...	...

Katso myös

Massa-luminositeetti-relaatio

Lähteet

↑ The Classification of Stars atlasoftheuniverse.com. Viitattu 3. toukokuuta 2007. (englanniksi)
↑ http://curriculum.calstatela.edu/courses/builders/lessons/less/les1/StarTablesA.html (Arkistoitu – Internet Archive)
↑ Galactic Astronomy by Mihalas & Binney; Ed. Freeman & Company

Aiheesta muualla

Main sequence (Arkistoitu – Internet Archive)

[1] The Classification of Stars atlasoftheuniverse.com. Viitattu 3. toukokuuta 2007. (englanniksi)

[2] ttp://curriculum.calstatela.edu/courses/builders/lessons/less/les1/StarTablesA.html (Arkistoitu – Internet Archive)

[3] Galactic Astronomy by Mihalas & Binney; Ed. Freeman & Company

[1]

[2]

[3]