"Астрономия", Галузо И.В., Голубев В.А., Шимбалев А.А.
Нестационарные звёзды меняют свой блеск: иногда регулярно, иногда из-за внезапной вспышки или выброса вещества. Наблюдая за блеском и строя кривую его изменений, астрономы узнают о свойствах звезды и происходящих в ней процессах. Особенно полезны цефеиды: период их пульсаций связан со светимостью, поэтому по наблюдаемому блеску можно оценить расстояние до них. Новые и сверхновые звёзды тоже вспыхивают, но по-разному и с разными последствиями для самой звезды.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Переменная звезда — звезда, видимый блеск которой меняется со временем. Изменения могут повторяться через примерно одинаковые промежутки времени или быть нерегулярными. Это понятие объединяет объекты с разными причинами переменности, поэтому по одному факту изменения блеска нельзя сразу определить, что происходит внутри звезды.
Пульсирующая звезда — переменная звезда, у которой блеск меняется из-за периодического расширения и сжатия внешних слоёв. Вместе с размерами слоёв меняются температура и площадь поверхности, от которых зависит излучение. Такой термин помогает отличить регулярные колебания самой звезды от вспышек и других причин изменения блеска.
Цефеида — пульсирующая переменная звезда, период изменения блеска которой связан с её светимостью. Светимость — собственная мощность излучения звезды, а не то, насколько яркой она кажется с Земли. Цефеиды особенно важны потому, что по наблюдаемому периоду можно оценить светимость, а затем использовать звезду для определения расстояния.
Сверхновая звезда — звезда, резко увеличивающая блеск при катастрофическом взрыве в конце своей эволюции. Это не просто очередной цикл пульсаций: последствия взрыва могут разрушить звезду или радикально изменить её состояние. Понятие нужно, чтобы не смешивать сверхновые с новыми звёздами, вспышки которых имеют другую природу.
Чтобы обнаружить переменность, астрономы наблюдают одну и ту же звезду неоднократно. Её видимый блеск сравнивают со звёздами сравнения — объектами, яркость которых считают постоянной на протяжении наблюдений. Измерения записывают вместе со временем и наносят на график; полученная зависимость блеска от времени называется кривой блеска. Повторные наблюдения нужны потому, что единственное измерение не показывает, изменяется ли звезда, а сравнение помогает заметить небольшое изменение среди погрешностей.
Пульсации возникают, когда внешние слои звезды попеременно расширяются и сжимаются. При расширении меняются радиус и площадь поверхности, а вместе с ними — температура и количество излучения, которое звезда испускает. При сжатии параметры меняются в обратную сторону, и блеск проходит следующую часть цикла. Поэтому кривая блеска пульсирующей звезды обычно демонстрирует повторяющийся рисунок, хотя длительность и форма цикла у разных звёзд могут различаться.
У цефеид период пульсации связан с их светимостью: измеренный цикл позволяет определить, сколько энергии звезда излучает сама. Далее эту светимость сопоставляют с видимым блеском, который мы наблюдаем с Земли. При одной и той же светимости более далёкая звезда выглядит слабее, поэтому сравнение даёт возможность оценить расстояние. Это рассуждение особенно полезно для объектов, расстояние до которых нельзя просто измерить геометрическим способом.
Пульсирующие и эруптивные переменные различаются причиной и повторяемостью изменений. У пульсирующих звёзд блеск меняется из-за регулярного движения внешних слоёв, поэтому похожие фазы возникают снова и снова. Эруптивными называют переменные, чьи изменения связаны с отдельными вспышками или выбросами вещества; их поведение не обязательно образует ровный периодический цикл. Чтобы различить эти случаи, наблюдают не только силу изменения, но и форму кривой блеска, а также то, повторяется ли она.
Новые и сверхновые — не два названия одной и той же вспышки. Вспышка новой звезды может быть связана с процессами в тесной звёздной системе, и после неё система способна сохраниться; слово «новая» не означает, что звезда обязательно возникла только что. Сверхновая возникает при катастрофическом взрыве, который разрушает звезду или преобразует её в иной объект. Поэтому различие определяют не по тому, насколько резко вырос блеск, а по физической природе вспышки и её последствиям.
| Тип | Причина изменения блеска | Характер изменения | Примеры или значение |
|---|---|---|---|
| Пульсирующие переменные | Периодическое расширение и сжатие внешних слоёв | Повторяющиеся изменения, обычно с определённым периодом | Цефеиды помогают оценивать расстояния |
| Эруптивные переменные | Вспышки или выбросы вещества | Изменения могут быть нерегулярными и неповторяющимися | Позволяют изучать активные процессы в звёздах |
| Новые звёзды | Вспышка в звёздной системе | Резкое увеличение блеска; система может сохраниться | Вспышка не обязательно разрушает звезду |
| Сверхновые звёзды | Катастрофический взрыв звезды | Очень резкое увеличение блеска с серьёзными последствиями | Звезда разрушается или преобразуется |
Сначала определите, повторяется ли изменение блеска, а затем сопоставьте его с возможной причиной. Регулярность характерна для пульсаций, тогда как вспышки и выбросы вещества относят к эруптивным проявлениям. Новые и сверхновые различают прежде всего по последствиям для звезды и системы.
Задача 1. В разные ночи наблюдатель сравнил блеск звезды с блеском звёзд сравнения. Нужно решить, является ли объект переменным. Одних разных чисел недостаточно: измерения могли разойтись из-за погоды, неточности прибора или условий наблюдения. Поэтому требуется проверить, превышает ли изменение ожидаемую погрешность.
Задача 2. По графику блеска цефеиды нужно определить период. На графике можно заметить несколько одинаковых фаз, например максимумы, и измерить время между ними. Периодом будет промежуток между соседними одинаковыми фазами, а не расстояние между произвольными точками кривой.
Задача 3. Известны период цефеиды и её видимый блеск; требуется оценить расстояние до неё. Сам по себе видимый блеск не сообщает расстояние, поскольку на него влияет также собственная мощность излучения звезды. Период позволяет сначала оценить эту мощность, а затем отделить влияние расстояния.
Ошибка: считать, что любая переменная звезда обязательно пульсирует. Так думают, потому что в обоих случаях наблюдают изменение блеска, однако причиной могут быть вспышки, выбросы вещества или другие процессы. Проверьте себя: если изменение нерегулярное и связано с отдельной вспышкой, одного определения «переменная» недостаточно, чтобы назвать звезду пульсирующей.
Ошибка: смешивать видимый блеск и светимость. Их путают, потому что обе величины описывают яркость звезды, но видимый блеск зависит от расстояния, а светимость характеризует собственное излучение. Для проверки спросите себя, изменится ли величина, если ту же звезду отодвинуть дальше: видимый блеск уменьшится, светимость останется прежней.
Ошибка: считать новую и сверхновую звезду сходными явлениями только из-за похожих названий. Обе связаны с ростом блеска, поэтому слова легко перепутать, но вспышки различаются природой и последствиями. Проверьте себя: при вспышке новой система может сохраниться, а сверхновая связана с катастрофическим разрушением или преобразованием звезды.
Ошибка: определять период по промежутку между любыми соседними точками графика. Это происходит, когда взгляд цепляется за ближайшие отметки, хотя они могут соответствовать разным фазам одного цикла. Чтобы проверить себя, выберите одинаковые фазы, например два максимума, и измерьте время между ними.
Для понимания переменности нужно различать видимый блеск и светимость: первый зависит от расстояния до звезды, вторая характеризует её собственное излучение. Это различие позволяет понять, почему измерения цефеиды дают возможность оценить расстояние. Связь периода со светимостью применяют для определения расстояний до звёзд и галактик. Вспышки новых и сверхновых связаны с эволюцией звёзд и помогают исследовать поздние этапы их жизни.
Почему блеск звезды может меняться?
Звезда может пульсировать: её внешние слои периодически расширяются и сжимаются, меняя температуру и площадь поверхности. Блеск также меняется при вспышках и выбросах вещества, а иногда — из-за других причин, например затмения звезды спутником.
Как по наблюдениям построить кривую блеска?
В разные моменты времени измеряют видимый блеск звезды и сравнивают его с блеском звёзд сравнения. Затем отмечают результаты на графике: время откладывают по горизонтали, а блеск — по вертикали. Соединив точки, получают кривую блеска.
Как определить период переменной звезды?
На кривой блеска находят одинаковые фазы соседних циклов, например два последовательных максимума. Время между ними и есть период. Случайные соседние точки для этого не подходят.
Почему цефеиды помогают находить расстояния?
Период пульсаций цефеиды связан с её светимостью — собственным количеством излучаемой энергии. Зная светимость и измерив видимый блеск, можно оценить, насколько далеко находится звезда: чем дальше она, тем слабее выглядит.
Чем вспышка новой звезды отличается от вспышки сверхновой?
Вспышка новой обычно происходит в системе, которая после неё может сохраниться; сама звезда не обязательно разрушается. Сверхновая связана с катастрофическим взрывом и разрушением или преобразованием звезды. Поэтому похожие названия обозначают явления разной природы.
§ 26. Нестационарные звезды
