Jak se měří, váží a ochutnávají hvězdy?

1. Jak nahvězdy? Jak se měří, vážía ochutnávají hvězdy? Zdeněk Mikulášek Ústav teoretické fyziky a astrofyziky MU v Brně

2. Hvězdná obloha • Každému se líbí! Proč? • Bájesloví nad hlavou Hvězdy – stálice, nemění se, nehýbou, na jejich zachycení je času dost Co jsou hvězdy? • Vzdálená slunce! to je ovšem až výsledek novověkých představ!

3. Vývoj představ o povaze hvězd • Hvězdy – ve starověku umístěny na nejvzdálenější sféru – všechny stejně daleko! • Hvězdy– otvory různých velikostí: planetárium • Novověk– na sféry věřili i Koperník a Kepler • 1576 – Digges, po něm Bruno, Galilei: hvězdy jsou různě vzdálenáslunce – má smysl měřit jejich vzdálenost, vzájemný prostorový pohyb • 1717 – Halley objevil vlastní pohyb hvězd. Blízké hvězdy se na pozadí ostatních hýbou.

4. Měříme vzdálenosti hvězd • Hvězdy– tělesa v prostoru, známe-li vzdálenost, můžeme odvodit jak zářivý výkon, tak rozměry objektu. • Paralaxa – formální potvrzení heliocentrické domněnky. • Úhel je to nepatrný – zdařilo se ji změřit až 1850 u nejbližších hvězd. Nyní Hipparcos u 500 000 hvězd. • Vzdálenosti ostatních hvězd nepřímými metodami – přesnost cca 5 % (!)

5. Jak měříme hvězdy? • Proč vůbec měřit a vážit hvězdy? Hvězdy – vzdálená slunce, stačilo by přece vše změřit u Slunce, ostatní hvězdy jsou podobné. • Sluneční míry a váhy: 1 R= 696 000 km • 1 L= 3,85·1026 W; Tef = 5779 kelvinů • 1 M= 2·1030 kg – nejdůležitější rys hvězdy • Princip podobnosti u hvězd (a asi i úplně obecně) selhává →princip rozmanitosti

6. Svět rostlin a živočichů překypuje bohatstvím forem • Ve světě hvězd je závazná pouze jediná módní linie – nosí se koule, ta může být rotací zploštělá, ne však více než v poměru 2:3! • Vynahrazují si to na rozpětím svých rozměrů. • Hvězdy povolány na vojenské cvičení – rozkaz: Hvězdy, podle velikosti seřadit teď! • Největší – „chladní červení“ veleobři2000 R, obři, žlutí obři, modré hvězdy hlavní posloupnosti, bílé hvězdy, žluté, červené, hnědí trpaslíci. Zcela podměrečné: bílí trpaslíci, hmotnější=menší, černé díry, neutronové hvězdy1,7·10–5 R; 1 : 100000000

8. Model 1:30 000 000 000 • Slunce – v modelu rozměr citronu cca 5 cm • Je to hvězda nadprůměrně veliká, ale najdou se i větší. Naprostá většina hvězd je však o dost menší. • Slunci nejbližší hvězda – Proxima Centauri – kulička červeného rybízu, Sirius B – tečka nad i. Neutronové hvězdy – nejmenší bakterie – 10 000 na průměr desetníku. • Obr Capella – plážový balón • Červený veleobr Betelgeuze – průměr 40 m!!

9. Jak se váží hvězdy? • Hmotnost a stáří hvězdy – rozhodující údaje, závisí na nich takřka vše (R, Te, t ...) • Hmotnost lze z určit gravitačních účinků na jiné hvězdy • Teoretický základ dodal Isaac Newton–Principia • Oběh těles – vzájemný volný pád – ze vzájemné dráhy dvojhvězd lze odvodit hmotnost složek

10. Existují dvojhvězdy? • Ano. Hvězdy se na svět dostanou snáz jako dvojčata – dvě hvězdy obíhající kolem vlastního těžiště. Jsou od nás ale daleko – dvojici očima nerozlišíme. • Dalekohledem však ano! • Takto objevili řadu dvojhvězd poč. 17. stol. Galileo Galilei a Domenico deCastelo – těm však nešlo o ně, ale o paralaxu. Nezměřili ji – fyzické dvojhv. • Znovu objeveny Wiliamem Herschlem – ten objevil vzájemný pohyb složek • Felix Savary řešil pohyb hvězd v ξ UMa – pro-kázal tak platnost Newtonova zákona i mimo SS

11. Sirius A+B

13. Hmotnosti hvězd • Pomocí spektroskopie, interferometrie a fotometrie dvojhvězd lze odhadnout a někdy i určit hmotnosti jejích složek. • Je to základ pro další úvahy o stavbě a vývoji Rozpětí pozorovaných hmotností není tak obrovské: • Nejlehčí jsou hnědí trpaslíci 0,012-0,085 M • Nejvíce je červených trpaslíků 0,085-0,8 M • Vzácnější jsou hvězdy HP slun. typu 0,8-1,7 M • Hmotných horkých hvězd je jako šafránu, ale pro jejich zářivý výkon je nepřehlédneme, stejně jako obryaveleobry –  v pokročilém stadiu vývoje

14. Nezdravé ochutnávání • Isaac Newton– geniální fyzik, matematik a astronom, zcela zásadně zasáhl do spousty přírodovědných oblastí. • Povahou – žádný beránek • Věda by jej neuživila – správce král. mincovny. Alchymie – tvorba Au z Pb. • Posuzování chemického složeníochutnáváním→ otrava, pominutí, blázinec.

15. Hvězdná spektroskopie • Určování chemického složení – přímý kontakt se zkoumaným předmětem. • Auguste Comte (1846): Hvězdy jsou díky vzdálenos-tem přístupny jen vizuálnímu zkoumání. Toto nepřekročitelné omezení nám zakazuje uvažovat o jejich chemickém složení a fyzikální podstatě. • Už v roce 1860 jsme u Slunce věděli, že obsahuje: vodík, Na, Ca, Ba, Sr, Mg, Cu, Ni, Co, Zn, i zlato! • Všechny tyto prvky nalezli Gustav Kirchhoff a Robert Bunsen ve slunečním spektru. • Angelo Secchi – spektroskopie hvězd – 4 sp. třídy

16. Spektrální klasifikace hvězd U zrodu hvězdné klasifikace stálaAnnie Cannonová Ochutnávání hvězd bylo odjakživa doménou žen.Trpělivě proměřovaly a třídily spektra statisíce hvězd.

17. Od nezávazného koštování keznalecké degustaci • Cesta k zjišťování chemického analýzy hvězdných atmosfér nebyla jednoduchá, tento úkol předběhl vývoj fyziky • Zprvu kvalitativní konstatování přítomnosti určitého chemického prvku: je-li ve spektru, je i na hvězdě. • Otázku: „Je-li přítomen hliník?“, nelze zodpovědět. • Cecilia Payne-Gaposhkinová – spektrum hvězdy určuje především její teplota, chemické složení až v druhé řadě. • Aby se ve spektru hvězdy čáry iontu prvku objevily, musí být onen iont schopen zářit.

18. Chemické složení hvězdných atmosfér • U hvězd jsme schopni přímo studovat jen složení jejich nejsvrchnějších částí – hvězdných atmosfér První kvantitativní chem. analýzu hvězdných atmosfér provedla Cecilia Paynová-Gaposhkinová. Zjistila, že chuť valné většiny hvězd je zcela fádní. Jsou složenyze 70% z vodíku, zněkolika málo procent z prvků těžších než helium (O,C,N,Fe…), zbytek tvoří helium.

19. Výjimky potvrzující pravidlo • Wolfovy-Rayetovy hvězdy– velmi hmotné hvězdy v pokročilém stupni vývoje s atmosférami znečistěnými produkty jaderného vývoje v centru. WC, WN typy. • Uhlíkové hvězdy– hvězdy sluneční hmotnosti vpokročilém stupni vývoje (AGB) znečistěné produkty vnitřního jaderného hoření • Chemicky pekuliární hvězdy, přezdívané též „zmalované slečny“ stenoučkou slupkou chemického makeupu