Hvězdy jsou z našeho pohledu extrémně dlouhověké objekty. Tak, jak vypadají na nebi dnes, je mohli vidět už naši předkové před stovkami a tisíci let. Jsou prototypem stálosti a stability. I mezi nimi ovšem existují výjimky.
Na obloze se projevují změnou jasnosti, která může kolísat mezi několika dny až roky. U některých z nich jsou tyto změny doprovázeny výbuchem nebo výronem hmoty, který drasticky ovlivňuje jejich okolí. Jiné jsou naopak mírné a za jejich kolísavou jasnost může souhra s jiným vesmírným tělesem.
Nestabilním hvězdám říkáme “proměnné”. Dají se rozdělit na dvě základní kategorie: geometrické a fyzické.
Geometrické proměnné
Změny jasnosti těchto hvězd jsou způsobeny jejich rotací. Hvězdy, které mají na svém povrchu tmavé skvrny nebo mají tvar elipsoidu vyzařují v různých fázích rotace směrem k Zemi různé množství světla, proto kolísá jasnost, kterou registrujeme teleskopem.
Jiným druhem geometrických proměnných jsou tzv. zákrytové hvězdy. Jsou to blízké dvojhvězdy, jejichž složky se během svého cyklu navzájem zakrývají. Jejich svítivost může kolísat dvěma způsoby - v závislosti na tom, jak blízko se obě součásti navzájem nacházejí.
Schema: Proměnná dvojhvězda typu Algol.
U geometrické proměnné typu Algol jsou obě hvězdy dostatečně daleko a jsou navzájem zcela oddělené. Mezi primárním (hlubším) a sekundárním (mělčím) minimem jsou období téměř konstantní jasnosti.
Schema: Proměnná dvojhvězda typu Beta Lyrae.
Hvězdy typu β Lyrae jsou zdeformované do elipsoidů. Maximum v grafu jejich svítivosti je mírně zaoblené. Obě hvězdy mají společnou plynovou obálku, ve které dochází k vzájemnému přenosu materiálu.
Fyzické proměnné hvězdy
Tyto proměnné mění svoji jasnost díky změně svých fyzických vlastností.
Může se jednat o změny v rozpínání a smršťování hvězdy, proměnu povrchové teploty i vlastního hvězdného spektra. Je jich známo okolo 40 000. Podle svého charakteru se dělí do tří kategorií.
Schema: Změna velikosti, barvy a jasnosti cefeid.
Cefeidy jsou periodicky pulzující proměnné. Jejich periodické rozpínání a smršťování je způsobeno vnitřní strukturou hvězdy (více v minulém blogu). Cefeidy mohou mít různou délku periody – od několika dní do několika set dní.
Další kategorií jsou explozivní a eruptivní proměnné hvězdy – například novy a supernovy.
Schema: Proměnná dvojhvězda, která se skládá z bílého trpaslíka a rudého obra.
Často jsou to dvojhvězdy, které se skládají ze dvou nerovných složek - bílého trpaslíka a rudého obra. Zatímco bílý trpaslík býval kdysi hmotnější hvězdou a proto prošel svým vývojem relativně rychle, je jeho společník lehčí a díky tomu žije déle v relativně nepozměněném stavu. Lehčí hvězdy totiž nespalují své palivo tak efektivně a rychle jako hvězdy hmotnější.
Bílý trpaslík je sice rozměrově nepatrný, tvoří ho ale velké množství hmoty, takže působí silnou gravitací. Přitahuje proto část plynu lehčí hvězdy. Ten se kolem bílého trpaslíka pak ukládá ve formě (akrečního) disku. V místě, kde plyn rudého obra dopadá dopadá na disk, se díky vysoké rychlosti plynu a tření uvolňuje energie a vzniká intenzivní záření. Tato oblast, která vyzařuje ultrafialového záření dostala pojmenování "hotspot".
U bílého trpaslíka se silným magnetickým polem se akreční disk nevytvoří. Plyn padá podél magnetických siločar přímo na povrch hvězdy. Přitom se uvolňuje ještě více energie a příslušný hotspot září v rentgenové části spektra.
Jasnost těchto proměnných hvězd kolísá v rozmezí 1,5 – 15 hodin. Někdy se jim říkáprotonovy, jsou totiž předchůdci tzv. nov. Ty totiž vybuchují poté, co bílý trpaslík nashromáždil příliš mnoho hmoty sesterské hvězdy, která ho následně destabilizuje.
Jiným zástupcem fyzických proměnných jsou dlouhoperiodické obří hvězdy, podobné Mira Ceti. Tito rudí obři se nacházejí na konci svého hvězdného života, jsou proto nestabilní. Jejich svítivost se mění v průběhu několika let. Je to způsobeno značným kolísáním rozměrů hvězdy. V jejich nitru se střídavě spalují vrstvy vodíku a helia.
Schema: Procesy, které způsobují pulzování rudých obrů.
Po vyčerpání vodíkového paliva v jádru se hvězda začne smršťovat. Tím se v jejím centru zvýší teplota. Zažehne další druh termonukleární reakce - spalování helia a v jádru hvězdy se začne hromadit uhlík a kyslík. Obaly hvězdy jsou přitom pořád ještě tvořeny zbytky helia a vodíku. Oba prvky se v obalu hvězdy i nadále spalují nezávisle na tom, jaké procesy probíhají v jejím jádře.
Přitom probíhá spalování vodíku a helia střídavě. Nejprve se v dané vrstvě spálí vodík a vzniká helium. S vyčerpání vodíku termonukleární reakce ustane. Brzo ale dosáhne čerstvě vzniklá heliová vrstva dostatečné teploty, která umožní spalování jejího helia na uhlík. Po jeho vyčerpání začne proces znovu od začátku – tentokrát v následující vrstvě.
Perioda změn je u těchto hvězd díky obrovským zásobám paliva velice dlouhá, postupem času se ale urychluje.
Eruptivní proměnné hvězdy vykazují náhlé změny v jasnosti, způsobené aktivitou v jejich atmosféře. Mohou to být například erupce, jaké pozorujeme v menší míře i na Slunci. Proměny jasnosti těchto hvězd nejsou periodické.
Patří k nim například novy. Jejich nepravidelné výbuchy jsou způsobeny podobným jevem (přenosem hmoty) který dává vzniknout protonovám (viz nahoře). Poté, co bílý trpaslík přetáhl od rudého obra dostatečné množství hmoty (vodíku), zapálí se v ní termonukleární reakce, která způsobí výbuch a část tohoto nového obalu hvězdy odmrští.
Schema: Princip, jakým vzniká nova.
Dalším mechanismem jsou tzv. „flares“ – výrony hmoty, způsobené zkratem v magnetickém poli hvězdy.
Bezpochyby nejefektnějšími proměnnými hvězdami jsou výbuchy supernov, které vytváří efektní mlhoviny.
Schema: Princip vzniku supernovy typu 1a
Žádné komentáře:
Okomentovat