Proměnné hvězdy a jejich fyzika

HistorieHistorie

Antická představa – hvězdy se nacházejí na sféře Antická představa – hvězdy se nacházejí na sféře stálic, která je ideální a neměnnástálic, která je ideální a neměnná Starověká Čína – záznamy o novách a supernovách, Starověká Čína – záznamy o novách a supernovách, jen astrologický významjen astrologický význam Poprvé pozorovány Tychem Brahem r. 1572Poprvé pozorovány Tychem Brahem r. 1572 Evropa: r. 1596 D. Fabricius objevuje proměnnost Miry Evropa: r. 1596 D. Fabricius objevuje proměnnost Miry (omikron Ceti)(omikron Ceti) 1669 objevena proměnnost Algolu1669 objevena proměnnost Algolu

Proměnná hvězda - hvězda, u které můžeme pozorovat Proměnná hvězda - hvězda, u které můžeme pozorovat nebo měřit změny jasnosti (hvězdné velikosti). nebo měřit změny jasnosti (hvězdné velikosti).

Proměnnost buď pravidelná nebo nepravidelná Proměnnost buď pravidelná nebo nepravidelná Způsobována geometrickými nebo fyzickými změnami.Způsobována geometrickými nebo fyzickými změnami. Dnes automatické a velice citlivé detekční metody =Dnes automatické a velice citlivé detekční metody =>>

desítky tisíc proměnných hvězddesítky tisíc proměnných hvězd Katalogy GCVS a NSVKatalogy GCVS a NSV Lze se říci, že v podstatě všechny objekty ve vesmíru Lze se říci, že v podstatě všechny objekty ve vesmíru

mění svoji jasnost. mění svoji jasnost. Spektrální obor pozorováníSpektrální obor pozorování

Co je to proměnná hvězda?Co je to proměnná hvězda?

Vlastnosti proměnných hvězdVlastnosti proměnných hvězd Jasnost hvězdy (fotometrie)Jasnost hvězdy (fotometrie) Jasnost hvězdy popisuje fyzikální veličina magnitudaJasnost hvězdy popisuje fyzikální veličina magnituda Zajímá nás závislost jasnosti v časeZajímá nás závislost jasnosti v čase Změny charakterizuje :Změny charakterizuje :

Tato závislost se nazývá světelná křivka Tato závislost se nazývá světelná křivka

• Amplituda: mmminmin–m–mmaxmax [[magmag]]

• Perioda

Juliánské datumJuliánské datum Spojitá časová škálaSpojitá časová škála Zkratka JD nebo JDT Zkratka JD nebo JDT Užívá se především v astronomii pro dlouhé nebo Užívá se především v astronomii pro dlouhé nebo

periodické jevy, tj. i pro proměnné hvězdyperiodické jevy, tj. i pro proměnné hvězdy Definována jako počet dní uplynulých od poledne Definována jako počet dní uplynulých od poledne

1.ledna 4713 př.n.l.1.ledna 4713 př.n.l. Zapisuje se jako desetinné číslo, kde desetinná část Zapisuje se jako desetinné číslo, kde desetinná část

odpovídá zlomku příslušného dneodpovídá zlomku příslušného dne Aktuální Juliánské datum: Aktuální Juliánské datum: 24543224543222,,8…8…

Proměnářská nomenklaturaProměnářská nomenklatura

Jméno proměnné = označení + zkratka souhvězdí Jméno proměnné = označení + zkratka souhvězdí (RZ Cas, V491 Lyr)(RZ Cas, V491 Lyr)

První proměnné: R, S, T, U, V, … Z ….záhy nestačiloPrvní proměnné: R, S, T, U, V, … Z ….záhy nestačilo Pak RR, RS, RT, … RZPak RR, RS, RT, … RZ;; SS, ST, … SZ atd. SS, ST, … SZ atd. Dále AA, AB, … AZDále AA, AB, … AZ;; BB, BC, … BZ atd. BB, BC, … BZ atd. Takto můžeme označit 334 hvězd.Takto můžeme označit 334 hvězd. A nakonec písmeno V a pořadové číslo od 335A nakonec písmeno V a pořadové číslo od 335 neexistuje např. označení L, CA nebo V23 Andneexistuje např. označení L, CA nebo V23 And

Základní dělení Základní dělení

Nebo na pravidelné, nepravidelné a jednorázové

Skládaní více typu proměnnosti

Zákrytové proměnnéZákrytové proměnné Jde o geometrickou (optickou) proměnnostJde o geometrickou (optickou) proměnnost Vyskytuje se pouze u vícenásobných systémůVyskytuje se pouze u vícenásobných systémů Dochází k zakrývání hvězdy jinou hvězdou případně Dochází k zakrývání hvězdy jinou hvězdou případně

planetou při vzájemném oběhuplanetou při vzájemném oběhu

Podtypy:Podtypy:

U těsných dvojhvězd dochází k přetoku hmoty =U těsných dvojhvězd dochází k přetoku hmoty => z> změna měna parametrů drah =parametrů drah =>> změna periody změna periody

Amplitudy až několik magnitud, většinou ale do jedné Amplitudy až několik magnitud, většinou ale do jedné magnitudymagnitudy

Periody od několika hodin po desítky letPeriody od několika hodin po desítky let

A B C D

primárníminimum

sekundárníminimum

1) Algolidy1) Algolidy – oddělené hvězdy, mezi – oddělené hvězdy, mezi zákryty se neměnízákryty se nemění2) 2) W UmaW Uma a a beta Lyrbeta Lyr – těsné – těsné dvojhvězdy, slapově deformované –> dvojhvězdy, slapově deformované –> mění se neustálemění se neustále

Typ Algol

Typ β Lyr

Typ W UMa

Model β Lyr

Rotační proměnnéRotační proměnné Další zástupce geometrických proměnnýchDalší zástupce geometrických proměnných K poklesu jasnosti dochází díky přítomnosti tmavých K poklesu jasnosti dochází díky přítomnosti tmavých

skvrn nebo nehomogenitám chemického rozložení na skvrn nebo nehomogenitám chemického rozložení na povrchu hvězdy, které se objevují a mizí při jejím povrchu hvězdy, které se objevují a mizí při jejím otáčení. otáčení.

Typ RS CVn – „skvrnití psi“ Typ RS CVn – „skvrnití psi“ Pulsary: změny jasnosti jak ve viditelné tak rádiové Pulsary: změny jasnosti jak ve viditelné tak rádiové

oblastioblasti Mezi geometrické proměnné můžeme zařadit i hvězdy Mezi geometrické proměnné můžeme zařadit i hvězdy

který nám zakrývá objekt nehvězdného typu, např. který nám zakrývá objekt nehvězdného typu, např. mlhovina nebo černá díra (efekt gravitační mikročočky)mlhovina nebo černá díra (efekt gravitační mikročočky)

Pulzující proměnnéPulzující proměnné Patří mezi vlastní (fyzické) proměnnéPatří mezi vlastní (fyzické) proměnné Proměnnost je způsobena periodickým rozpínáním a Proměnnost je způsobena periodickým rozpínáním a

smršťováním hvězdy.smršťováním hvězdy. Pulsace je způsobena narušením hydrostatické Pulsace je způsobena narušením hydrostatické

rovnováhy ve vnějších vrstvách.rovnováhy ve vnějších vrstvách. V těchto vrstvách se vlivem ionizace a opětné V těchto vrstvách se vlivem ionizace a opětné

rekombinace atomu H a He mění opacita vrstvy – kappa rekombinace atomu H a He mění opacita vrstvy – kappa mechanismusmechanismus

Podskupiny mají svůj název často odvozen od prvně Podskupiny mají svůj název často odvozen od prvně objeveného zástupceobjeveného zástupce

Dělíme je na dlouho a krátko periodické a na radiálně a Dělíme je na dlouho a krátko periodické a na radiálně a neradiálně pulzující neradiálně pulzující

Krátko periodické pulzující Krátko periodické pulzující proměnnéproměnnéCefeidy Cefeidy

podle δ Cephei podle δ Cephei velmi pravidelné pulsacevelmi pravidelné pulsace souvislost mezi periodou a svítivostí souvislost mezi periodou a svítivostí =>=> slouží jako slouží jako

standardní svíčky pro měření vzdálenostistandardní svíčky pro měření vzdálenosti periody v řádu dní, periody až 2 magnitudyperiody v řádu dní, periody až 2 magnitudy spektrální třídy F,G,Kspektrální třídy F,G,K 2 podtypy: typ I klasické δ Cefeidy, hvězdy I populace, 2 podtypy: typ I klasické δ Cefeidy, hvězdy I populace,

typ II (W Virginnis), hvězdy II populace.typ II (W Virginnis), hvězdy II populace.

RR LyrRR Lyr PodobnPodobné Cefeidámé Cefeidám Opět vztah mezi periodou a svítivostíOpět vztah mezi periodou a svítivostí Kratší periodyKratší periody Hvězdy II populaceHvězdy II populace Vyskytují se převážně v kulových hvězdokupáchVyskytují se převážně v kulových hvězdokupách Nazývají se také kulové cefeidy, jsou však méně jasnéNazývají se také kulové cefeidy, jsou však méně jasnéδ Scutiδ Scuti Trpasličí cefeidyTrpasličí cefeidy Malá amplituda Malá amplituda Velmi malá periodaVelmi malá perioda Nejkratší perioda V816 Cen d = 11,5 minNejkratší perioda V816 Cen d = 11,5 min

SX PheSX Phe trpasličí cefeidy s amplitudou až 0,7 magtrpasličí cefeidy s amplitudou až 0,7 mag velmi zajímavé pro pozorovatele – „mění se před velmi zajímavé pro pozorovatele – „mění se před

očima“, je jich ale jen málo (např. CY Aqr, AE Uma )očima“, je jich ale jen málo (např. CY Aqr, AE Uma )BL BooBL Boo Anomální cefeidyAnomální cefeidy Vlastní zákon perioda-svítivost, problémy při měřeníVlastní zákon perioda-svítivost, problémy při měření Dle zbarvení- modří opozdilciDle zbarvení- modří opozdilci Obři chudí na těžké prvkyObři chudí na těžké prvky

Dlouho periodické pulzující Dlouho periodické pulzující proměnnéproměnné

RV TauriRV Tauri Veleobři spektrální třídy G a KVeleobři spektrální třídy G a K Velmi svítivéVelmi svítivé Polopravidelná pulsacePolopravidelná pulsace Září převážně v IRZáří převážně v IR Fyzikální proces není známFyzikální proces není znám

MiridyMiridy Periody stovky dníPeriody stovky dní Amplitudy až 10 magAmplitudy až 10 mag Název podle o Ceti neboli MiryNázev podle o Ceti neboli Miry Pulsace není spojená s ději pod povrchem ale přímo s jadernými Pulsace není spojená s ději pod povrchem ale přímo s jadernými

reakcemi uvnitř hvězdyreakcemi uvnitř hvězdy

Polopravidelné pulzující proměnnéPolopravidelné pulzující proměnné Označení SRa - SRd Označení SRa - SRd Pulzují v jedné nebo více periodáchPulzují v jedné nebo více periodách Fyzikální proces podobný jako u MiridFyzikální proces podobný jako u Mirid

Neznáme skoro nicNeznáme skoro nic Některé mohou patřit k polopravidelnýmNěkteré mohou patřit k polopravidelným Fyzikální proces pravděpodobně jako u MiridFyzikální proces pravděpodobně jako u Mirid

ZZ CetZZ Cet Bílí trpaslíciBílí trpaslíci Příčina pulsací neznáma Příčina pulsací neznáma Až 20 interferujících periodAž 20 interferujících period

Nepravidelné pulzující proměnnéNepravidelné pulzující proměnné

Neradiálně pulsujícíNeradiálně pulsující

Eruptivní proměnnéEruptivní proměnné Náhlé změny v jasnosti zapříčiněny aktivitou v Náhlé změny v jasnosti zapříčiněny aktivitou v

chromosféře a koróněchromosféře a koróně Doprovázeno silným hvězdným větrem a ztrátami hmotyDoprovázeno silným hvězdným větrem a ztrátami hmotyR Coronae BorealisR Coronae Borealis Bohaté na uhlík, chudé na vodíkBohaté na uhlík, chudé na vodík Minimum určeno uhlíkovou bohatostí materiálu Minimum určeno uhlíkovou bohatostí materiálu

uvolněného během pulzu z hvězdyuvolněného během pulzu z hvězdy Jejich jasnost se při erupci zmenšuje!Jejich jasnost se při erupci zmenšuje!UV CetUV Cet červení trpaslíci, krátké intenzivní erupcečervení trpaslíci, krátké intenzivní erupceT TauT Tau mladé hvězdy, dosud nestabilnímladé hvězdy, dosud nestabilní

Explodující proměnnéExplodující proměnnéNovyNovy Vzniká u těsných dvojhvězd kde jedním členem je bílí trpaslík a Vzniká u těsných dvojhvězd kde jedním členem je bílí trpaslík a

druhým rudý obr nebo hvězda na hlavní posloupnosti = prenovadruhým rudý obr nebo hvězda na hlavní posloupnosti = prenova Dochází k přetoku hmoty na bílého trpaslíka a vzniká akreční diskDochází k přetoku hmoty na bílého trpaslíka a vzniká akreční disk

Hmota se hromadí na bílém trpaslíku, roste teplota a tlak až dojde k Hmota se hromadí na bílém trpaslíku, roste teplota a tlak až dojde k zapálení termonukleární reakce a to jak pp řetězce tak CNO cykluzapálení termonukleární reakce a to jak pp řetězce tak CNO cyklu

Prudce se zvýší svítivost až o 4 řádyPrudce se zvýší svítivost až o 4 řády Dochází k odhození vnější obálky a hvězda se pomalu vrací do Dochází k odhození vnější obálky a hvězda se pomalu vrací do

stavu před výbuchem – postnovastavu před výbuchem – postnova

Rekurentní novyRekurentní novy Celý proces vzniku novy se může opakovatCelý proces vzniku novy se může opakovat Většinou značně velké periody v řádech několika tisíců Většinou značně velké periody v řádech několika tisíců

až milionů letaž milionů let Známo pouze 8 rekurentních novZnámo pouze 8 rekurentních nov

SupernovySupernovy Hvězdné stádium kdy je uvolněno obrovské množství Hvězdné stádium kdy je uvolněno obrovské množství

energieenergie Jasnost se zvětšuje miliardkrát Jasnost se zvětšuje miliardkrát Zůstává zhroucené jádroZůstává zhroucené jádro Standardní svíčkyStandardní svíčky Vznik těžkých prvků Vznik těžkých prvků