Proměnné hvězdy a jejich fyzika

1. Proměnné hvězdy a jejich fyzika

2. Historie • Antická představa – hvězdy se nacházejí na sféře stálic, která je ideální a neměnná • Starověká Čína – záznamy o novách a supernovách, jen astrologický význam • Poprvé pozorovány Tychem Brahem r. 1572 • Evropa: r. 1596 D. Fabricius objevuje proměnnost Miry (omikron Ceti) • 1669 objevena proměnnost Algolu

3. Co je to proměnná hvězda? • Proměnná hvězda - hvězda, u které můžeme pozorovat nebo měřit změny jasnosti (hvězdné velikosti). • Proměnnost buď pravidelná nebo nepravidelná • Způsobována geometrickými nebo fyzickými změnami. • Dnes automatické a velice citlivé detekční metody => desítky tisíc proměnných hvězd • Katalogy GCVS a NSV • Lze se říci, že v podstatě všechny objekty ve vesmíru mění svoji jasnost. • Spektrální obor pozorování

4. Vlastnosti proměnných hvězd • Jasnost hvězdy (fotometrie) • Jasnost hvězdy popisuje fyzikální veličina magnituda • Zajímá nás závislost jasnosti v čase • Změny charakterizuje : • Tato závislost se nazývá světelná křivka • Amplituda: mmin–mmax[mag] • Perioda

5. Juliánské datum • Spojitá časová škála • Zkratka JD nebo JDT • Užívá se především v astronomii pro dlouhé nebo periodické jevy, tj. i pro proměnné hvězdy • Definována jako počet dní uplynulých od poledne 1.ledna 4713 př.n.l. • Zapisuje se jako desetinné číslo, kde desetinná část odpovídá zlomku příslušného dne • Aktuální Juliánské datum: 2454322,8…

6. Proměnářská nomenklatura • Jméno proměnné = označení + zkratka souhvězdí (RZ Cas, V491 Lyr) • První proměnné: R, S, T, U, V, … Z ….záhy nestačilo • Pak RR, RS, RT, … RZ; SS, ST, … SZ atd. • Dále AA, AB, … AZ; BB, BC, … BZ atd. • Takto můžeme označit 334 hvězd. • A nakonec písmeno V a pořadové číslo od 335 •  neexistuje např. označení L, CA nebo V23 And

7. Základní dělení Nebo na pravidelné, nepravidelné a jednorázové Skládaní více typu proměnnosti

8. Zákrytové proměnné • Jde o geometrickou (optickou) proměnnost • Vyskytuje se pouze u vícenásobných systémů • Dochází k zakrývání hvězdy jinou hvězdou případně planetou při vzájemném oběhu

9. C A B D sekundární minimum • Podtypy: • U těsných dvojhvězd dochází k přetoku hmoty => změna parametrů drah => změna periody • Amplitudy až několik magnitud, většinou ale do jedné magnitudy • Periody od několika hodin po desítky let primární minimum • 1) Algolidy – oddělené hvězdy, mezi zákryty se nemění • 2) W Uma a beta Lyr – těsné dvojhvězdy, slapově deformované –> mění se neustále

10. Typ Algol Typ β Lyr Typ W UMa

11. Model β Lyr

12. Rotační proměnné • Další zástupce geometrických proměnných • K poklesu jasnosti dochází díky přítomnosti tmavých skvrn nebo nehomogenitám chemického rozložení na povrchu hvězdy, které se objevují a mizí při jejím otáčení. • Typ RS CVn – „skvrnití psi“ • Pulsary: změny jasnosti jak ve viditelné tak rádiové oblasti • Mezi geometrické proměnné můžeme zařadit i hvězdy který nám zakrývá objekt nehvězdného typu, např. mlhovina nebo černá díra (efekt gravitační mikročočky)

13. Pulzující proměnné • Patří mezi vlastní (fyzické) proměnné • Proměnnost je způsobena periodickým rozpínáním a smršťováním hvězdy. • Pulsace je způsobena narušením hydrostatické rovnováhy ve vnějších vrstvách. • V těchto vrstvách se vlivem ionizace a opětné rekombinace atomu H a He mění opacita vrstvy – kappa mechanismus • Podskupiny mají svůj název často odvozen od prvně objeveného zástupce • Dělíme je na dlouho a krátko periodické a na radiálně a neradiálně pulzující

14. Krátko periodické pulzující proměnné Cefeidy • podle δ Cephei • velmi pravidelné pulsace • souvislost mezi periodou a svítivostí => slouží jako standardní svíčky pro měření vzdálenosti • periody v řádu dní, periody až 2 magnitudy • spektrální třídy F,G,K • 2 podtypy: typ I klasické δ Cefeidy, hvězdy I populace, typ II (W Virginnis), hvězdy II populace.

15. RR Lyr • Podobné Cefeidám • Opět vztah mezi periodou a svítivostí • Kratší periody • Hvězdy II populace • Vyskytují se převážně v kulových hvězdokupách • Nazývají se také kulové cefeidy, jsou však méně jasné δ Scuti • Trpasličí cefeidy • Malá amplituda • Velmi malá perioda • Nejkratší perioda V816 Cen d = 11,5 min

16. SX Phe • trpasličí cefeidy s amplitudou až 0,7 mag • velmi zajímavé pro pozorovatele – „mění se před očima“, je jich ale jen málo (např. CY Aqr, AE Uma ) BL Boo • Anomální cefeidy • Vlastní zákon perioda-svítivost, problémy při měření • Dle zbarvení- modří opozdilci • Obři chudí na těžké prvky

17. Dlouho periodické pulzující proměnné RV Tauri • Veleobři spektrální třídy G a K • Velmi svítivé • Polopravidelná pulsace • Září převážně v IR • Fyzikální proces není znám Miridy • Periody stovky dní • Amplitudy až 10 mag • Název podle o Ceti neboli Miry • Pulsace není spojená s ději pod povrchem ale přímo s jadernými reakcemi uvnitř hvězdy

18. Polopravidelné pulzující proměnné • Označení SRa - SRd • Pulzují v jedné nebo více periodách • Fyzikální proces podobný jako u Mirid • Neznáme skoro nic • Některé mohou patřit k polopravidelným • Fyzikální proces pravděpodobně jako u Mirid • ZZ Cet • Bílí trpaslíci • Příčina pulsací neznáma • Až 20 interferujících period Nepravidelné pulzující proměnné Neradiálně pulsující

19. Eruptivní proměnné • Náhlé změny v jasnosti zapříčiněny aktivitou v chromosféře a koróně • Doprovázeno silným hvězdným větrem a ztrátami hmoty R Coronae Borealis • Bohaté na uhlík, chudé na vodík • Minimum určeno uhlíkovou bohatostí materiálu uvolněného během pulzu z hvězdy • Jejich jasnost se při erupci zmenšuje! UV Cet • červení trpaslíci, krátké intenzivní erupce T Tau • mladé hvězdy, dosud nestabilní

20. Explodující proměnné Novy • Vzniká u těsných dvojhvězd kde jedním členem je bílí trpaslík a druhým rudý obr nebo hvězda na hlavní posloupnosti = prenova • Dochází k přetoku hmoty na bílého trpaslíka a vzniká akreční disk • Hmota se hromadí na bílém trpaslíku, roste teplota a tlak až dojde k zapálení termonukleární reakce a to jak pp řetězce tak CNO cyklu • Prudce se zvýší svítivost až o 4 řády • Dochází k odhození vnější obálky a hvězda se pomalu vrací do stavu před výbuchem – postnova

21. Rekurentní novy • Celý proces vzniku novy se může opakovat • Většinou značně velké periody v řádech několika tisíců až milionů let • Známo pouze 8 rekurentních nov

22. Supernovy • Hvězdné stádium kdy je uvolněno obrovské množství energie • Jasnost se zvětšuje miliardkrát • Zůstává zhroucené jádro • Standardní svíčky • Vznik těžkých prvků