W8 Interpreting HR Diagrams &Lifecycle of 1 solar mass star - Feb 25&27,14.docx

14 Pages
Unlock Document

University of Toronto St. George
Astronomy & Astrophysics
Michael Reid

W8 Interpreting H­R Diagrams 02/24/2014 Every star can have a spectral class OBAFGKM Luminosity class Q: Star’s class is B5II means: Blue and bright giant Recall: stars are powered by converting mass into energy Lifetime of star ▯ size of gas tank/rate of gas burn Mass/luminosity Bigger star DOES NOT equal long life More massive stars are more luminous in proportion to their masses than low mass stars  Even though they have more fuel, they are more luminous in proportion to size so use more fuel to be more  luminous The bigger a star is, the faster it dies/runs out of fuel –dogs Luminosity class – I or II are already dying stars III, IV or V are “alive” Most stars form clusters – use H­R diagram of a cluster to figure out how old the cluster is If a cluster has all its short­lived stars (top of main sequence example) then it cant be very old (young star  cluster) If a cluster has lots of lower main sequence stars but the stars turn away from main sequence ▯means the  star cluster is OLDER  If there had been stars at the top then it would be young but the ones that would have lived for 1 billion or  less years have died already ▯cluster has been around for over a billion years When stars in clusters die, they drift off the main sequence and then float back and forth to main sequence  and away Interpreting H­R diagrams 02/24/2014 Key Notes: Interpreting H­R diagrams 02/24/2014 Identify and name patterns or groupings of stars in the H­R diagram  Explain what a star’s luminosity class tells us about a star  Distinguish between a star’s luminosity and luminosity class  Given a star’s luminosity class and spectral class, state or estimate its surface temperature, main­  sequence lifetime, luminosity, age, mass, colour, likely end­state (not all factors can be determined from all  combinations of luminosity class and spectral class)  Explain how and why a star’s main­sequence lifetime is related to its mass  Explain why some stars live longer than others and identify those types which live the longest Estimate the  age of a star cluster by examining the H­R diagram of its members  Readings: Sections 15.2, 15.3Figures 15.1, 15.11, 15.12, 15.13, 15.16, 15.17, 15.18, 15.19, 15.20 15.2 – see feb 6+11 weeks 15.3 Star Clusters all stars born from giant clouds of gas stars usually form in groups –star clusters(one cloud has enough material to form many stars) all stars in a cluster are about the same distance from earth all stars in a cluster formed at about the same time (within a few million years of one another) – used for  cosmic clocks two types of star clusters open­clusters which are modest size, globular clusters which are densely packed open clusters are found in the disk of a galaxy and tend to be young in age globular clusters are found in halo (area above and below disk) and are very old Interpreting H­R diagrams 02/24/2014 experience ejections from two stars orbiting too close together and it launches one out of the cluster age of star clusters determined by plotting them on H­R diagram main­sequence turnoff is when the stars at a certain point are no longer on the main sequence  which means those stars that have lived that certain age have finished their hydrogen burning lives and are  now doing other stuff off the main sequence main sequence gradually grows shorter for certain clusters over the years *the age of the cluster is equal to the lifetimes of stars at its main­sequence turnoff point globular clusters are calculated about 13 billion years old ­ oldest known objects in galaxy first stars formed when the universe was a billion years old (universe is 14 billion years old) Lifecycle of a 1 solar mass star 02/24/2014 while a star is on main sequence or “alive” it has enormous mass all stars below 8 solar mass ­8Mo are “low mass stars” low mass stars and high mass stars die differently low mass dies –white dwarf + planetary nebula (enormous) when a star is first formed it is made of: 90% hydrogen, 10% helium solar thermostat – lifetime of star is trying to maintain a balance ­­ Stars lifetime 10 billion years ▯most of the sun’s core is helium ash which it cannot fuse to produce energy star like the sun does: take hydrogen in core and convert into helium VERY SLOWLY  after 10 billion years, almost all of the core material has been converted so it stars to die dies due to – shutting off solar thermostat because it only runs from hydrogen increase gravity or remove heat source will kill star Q: if nuclear fusion reactions in suns core slowed down a lot or just stopped what would happen? A: core would cool and gravity would crush it bc no more equilibrium Lifecycle of a 1 solar mass star 02/24/2014 Q: if Core slowed just a little would lead to  A: contract, then heat up, and expand back to its original size He core = no more H fusion No more H fusion = no new heat No new heat = gravity wins Gravity wins = sun starts to shrink ▯release gravitational potential energy (potential means has potential to do something) as the particles release gravitational potential energy, the energy gets converted into motion (they speed up  as they go closer and closer to the core) as atoms start to move more quickly moving into suns gravity, it means their temperature is heating up kinetic energy = energy of motion potential energy = energy stored in an object that can be something eg. potential to be put into motion  (kinetic energy) as it contracts the particles get hotter but NOT hot enough to fuse at all releasing gravitational potential energy ▯ignites hydrogen shell burning core still cannot burn but it ignores a shell around the core non­burning helium “ash” can no longer burn (core) just outside core is the hydrogen burning shell outside the shell is the non­burning envelope shell burns slightly faster than core did during equilibrium and nuclear fusion hydrogen shell burning is so intense that it floods the outer later with extra energy and the sun  expands ENORMOUSLY Lifecycle of a 1 solar mass star 02/24/2014 appearance of sun: Q: when a gas expands freely, it also cools down, thus when a sun’s outer layers expand, they should: A: emit more light of longer wavelengths Starts as hydrogen­burning main sequence star and is expanding into red giant  Luminosity goes up ▯dimmer and redder but more surface area so it is more light and would increase the  temp of the earth Q: the luminosity of the sun will increase a lot when it becomes a red giant –WHY? A: because it will be much larger Bigger object = higher luminosity bc more surface area emitting light *When the sun runs out of hydrogen to burn, the sun evolves off the main sequence, climbs the sub­ giant branch, and then becomes a red giant Q: while the sun is on its way up the sub­giant branch, its core still isn’t undergoing nuclear fusion, what  should be happening to it? A: it should still be collapsing He core keeps collapsing while the outside of the sun keeps expanding Eventually when the density is high enough, the He core will IGNITE Will be about 100million years after leaving the main sequence (MS) Helium fusion turns on very suddenly – called the helium flash Steep level – tiny difference in temp changes the burning/not burning status (light switch) Lifecycle of a 1 solar mass star 02/24/2014 Q: once core helium fusion begins, the whole core will heat up, back to the way it was when the sun was  ‘alive” what should happen then? A: the core will expand, energy production will fall, and whole sun will shrink a bit Reason – new equilibrium of core expanding from new energy –back to close to original size so there is no  energy boost  For a brief time, the sun “lives again” fusing helium to make carbon It moves to the part of the H­R diagram called horizontal branch and stays there for a big Horizontal branch –second main sequence because they are all fusing helium in cores compared to main  sequence they fuse hydrogen Stars don’t spend very long on horizontal branch (horizontal line) Helium fusion via the (common process) triple­alpha process Instead of 4 hydrogen you put 3 helium atoms ▯1 carbon atoms + energy After 100million years on the horizontal branch, the sun’s core will run out of helium Gets new structure (like onion) After burning all of helium ash core the core turns to carbon ash that cannot burn 2  layer helium­burning shell rd 3  layer hydrogen­burning shell 4  layer is non­burning envelope Q; if two stars, of classes G and K, wind up on the horizontal branch. Which statement most correctly  describes their luminosities while on the horizontal 
More Less

Related notes for AST201H1

Log In


Don't have an account?

Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.