Načítám

Transkript

V předchozím videu jsme se naučili, že existuje třída proměnných hvězd zvaných cefeidy. A tyto super obří hvězdy jsou 30 000krát jasnější než naše Slunce a jejich hmotnost přesahuje 20 Sluncí. A na cefeidách je úžasné, že díky jejich ohromným rozměrům a jasnosti je můžete vidět na obrovskou vzdálenost. Ale ještě úžasnější na nich je, že jsou proměnné, že pulzují. A díky závislosti mezi pulzacemi a okamžitým zářivým výkonem dokážete, v případě, že v nějaké vzdálené galaxii uvidíte cefeidu, určit, jaká je její skutečná zářivost, skoro jako byste byli u té hvězdy. Protože její periodu pulzace můžeme pozorovat. A když tedy znáte skutečnou zářivost, a zjevně také znáte zdánlivou zářivost, tak víte, jak moc skutečná zářivost poklesla. A čím víc poklesla vůči skutečné hodnotě, tak tím vzdálenější od nás hvězda je. Tohle je její význam. Chci se v tomto videu pokusit vysvětlit, proč se cefeidy mění, proč pulzují. K tomu se potřebujeme zamyslet nad jednou a dvakrát ionizovaným heliem. Připomeňme si helium. Takže neutrální helium… Nakreslím neutrální helium. Neutrální helium má dva protony. Má dva protony, dva neutrony a dva elektrony. Samozřejmě tento nákres není ve správném měřítku. Čili tohle je neutrální helium. Když chcete jednou ionizovat helium, tak vyrazíte jeden z těchhle elektronů. Takové procesy se dějí uvnitř hvězd. Když máte k dispozici dost tepla, tak je ionizace snadná. Takže jednou ionizované helium vypadá asi takhle. Bude mít stejné jádro, dva protony, dva neutrony, jeden z těchto elektronů je vyražen ven, takže teď už zbývá jediný. A celkový náboj máte kladný. Takže zde to nakreslím jinou barvou. Tohle helium má teď náboj. Mohli bychom psát +1, ale bude stačit jen plus, což v podstatě znamená kladný náboj o velikosti jedna. Pokud je prostředí dostatečně horké, tak může helium ionizovat dvakrát. A dvakrát ionizované helium má vyražené oba elektrony. Zbude nám jen samotné jádro helia. Tohle tady je dvakrát ionizované helium. A právě jsme řekli, že aby tohle proběhlo, tak potřebujete velmi horké prostředí. Takže prostředí musí byt velmi horké, aby byly vyraženy oba dva. Tenhle elektron se nechce odtrhnout. Chci říct, že vzít elektron něčemu s kladným nábojem je náročné. Takže potřebujeme opravdu velmi vysoký tlak a teplotu. Tohle je chladnější. Ve skutečnosti je to celé relativní. Mluvíme totiž o vnitřku hvězd. Takže tohle je teplejší část hvězdy, zatímco tohle je chladnější část hvězdy. I tak je to stále velmi horké prostředí vzhledem k naší každodenní zkušenosti. Dvakrát ionizované helium má také větší neprůhlednost. To znamená, že nedovoluje světlu procházet skrz, že světlo absorbuje. Je více neprůhledné. Absorbuje světlo. Neboli absorbuje energii záření, a ta činí prostředí ještě teplejším. Takže na to mysleme. Jednou ionizované helium je průhlednější. Tohle je průhlednější. Dovoluje světlu procházet skrz, takže se procházejícími nebo okolními fotony tolik nezahřívá. Dovoluje jim projít. Tady budou fotony skutečně zahřívat iont. Teď se zamysleme nad tím, jak může tenhle proces způsobit pulzaci cefeid. Za předpokladu, že cefeidy disponují dostatečně velkým množstvím těchto iontů, si můžeme představit, že když je cefeida v útlumu… Nakresleme si cefeidu se ztlumenou zářivostí. Nakreslím ji bledou barvou. Takže tohle je cefeida se ztlumenou zářivostí. Tohle je tedy ztlumený stav hvězdy, která obsahuje velké množství dvakrát ionizovaného helia, přinejmenším v povrchových vrstvách. Dvakrát ionizované helium. A tohle spoustě světla neumožňuje projít. Takže tohle je v pulzaci cefeidy obdobím útlumu. Jelikož je dvakrát ionizované helium neprůhledné a absorbuje světlo, zahřívá se. A kvůli tomuto zahřívání se začne hvězda rozpínat. Takže protože je prostředí zahříváno, tak stane se energetičtějším a hvězda se vlastně rozpíná. Hvězda se rozpíná. Co se stane, když se hvězda kvůli dvakrát ionizovanému heliu nafoukne? Čím jste dále od jádra hvězdy, tím je prostředí chladnější. Takže toto se rozepjalo, protože to bylo zahříváno. Ale pak se, právě kvůli roztažení, vnější vrstvy hvězdy ochladily. A když jsou chladnější, tak helium už nemůže být dvakrát ionizované. Každý atom helia teď může z plazmatu přijmout jeden elektron, aby se stal jednou ionizovaným heliem. Takže teď máme jednou ionizované helium. Máme jednou ionizované helium. A nyní se hvězda stane průhlednější, umožní průchod většího množství světla. Takže tohle je jasnější období pulzace. Hvězdná atmosféra propouští více světla, takže hvězda je teď jasná. Ale co se teď stane? Jelikož světlo již není tolik absorbováno heliem, jako když bylo helium dvakrát ionizované, nyní propouští většinu světla, nebo alespoň mnohem víc světla, takže už se nebude tolik zahřívat. A tak už nebude mít dostatek kinetické energie, aby udržela rozpínání, a tak se smrští zpátky do hvězdy. A tak se toto ochladí a znova smrští. A když se to znova smrští, tak co se stane dál? Když se toto smrští, když se tyto atomy helia dostanou blíže k centru hvězdy, tak se budou opět zahřívat, neboť teď jsou blíže u jádra. A když se zahřejí, tak se stanou se dvakrát ionizovanými. Takže máme zase dvakrát ionizované helium. A pak se cyklus opakuje: prostředí je nyní neprůhledné, absorbuje více energie, to způsobí, že bude mít více kinetické energie, aby se rozepjalo. Jakmile se rozpíná, tak se opět ochlazuje, zprůhlední a zjasní. Takže tohle je nejlepší současný teoretický popis toho, proč jsou cefeidy proměnné. Jde o dvakrát ionizované helium vs. jednou ionizované helium v horní vrstvě hvězdy.