Pul'sacii zvezd
[fizika kosmosa]
sobstvennye kolebaniya kolebaniya zvezd, proyavlyayushiesya v ih periodicheskom szhatii i rasshirenii. Prosteishii vid sobstv. kolebanii zvezdy - radial'nye sfericheski-simmetrichnye pul'sacii, pri k-ryh ona periodicheski rasshiryaetsya i szhimaetsya, sohranyaya pri etom formu shara (v obshem sluchae neradial'nyh kolebanii menyaetsya i forma zvezdy, napr., zvezda periodicheski prinimaet formu to vytyanutogo, to splyusnutogo ellipsoida). Po sovr.
[Citirovat'][Otvetit'][Novoe soobshenie]
Forumy >> Obsuzhdenie publikacii Astroneta |
Spisok / Derevo Zagolovki / Annotacii / Tekst |
- >> Pul'sacii zvezd
(S. A. Zhevakin, A. A. Pamyatnyh, "Fizika Kosmosa", 1986,
30.03.2003 21:02, 26.4 KBait, otvetov: 1)
sobstvennye kolebaniya kolebaniya zvezd, proyavlyayushiesya v ih periodicheskom szhatii i
rasshirenii. Prosteishii vid sobstv. kolebanii zvezdy - radial'nye sfericheski-simmetrichnye
pul'sacii,
pri k-ryh ona periodicheski rasshiryaetsya i szhimaetsya, sohranyaya pri etom formu shara
(v obshem sluchae neradial'nyh kolebanii menyaetsya i forma zvezdy, napr., zvezda periodicheski
prinimaet formu to vytyanutogo, to splyusnutogo ellipsoida).
Po sovr. predstavleniyam, peremennost' cefeid, zvezd tipov RV Tel'ca, RR Liry,
Shita,
Cefeya, ZZ Kita (belyh karlikov) i nekotoryh dr. tipov fiz. peremennyh zvezd obuslovlena ih P.
Ris. 1. Povedenie otnositel'noi amplitudy
malyh radial'nyh kolebanii v pul'siruyushei
zvezde-gigante (- amplituda smesheniya
na rasstoyanii r ot centra zvezdy,vyrazhena
v edinicah otnositel'noi amplitudyna poverhnosti
zvezdy, R - radius zvezdy). Sploshnaya liniya - kolebaniya
na osnovnoi chastote, shtrihovaya - na chastote pervogo
obertona. Kolebaniya na chastote pervogo obertona imeyut uzel
pri.
Shita,
Cefeya), no dazhe i u nih central'naya plotnost' v 100-1000 raz bol'she srednei i na mnogo poryadkov bol'she plotnosti veshestva na poverhnosti. Iz-za neodnorodnogo (po plotnosti) raspredeleniya veshestva P. negomologichny: otnositel'nye amplitudy kolebanii v centre namnogo men'she, chem na poverhnosti. Povedenie otnositel'noi amplitudy
malyh radial'nyh kolebanii v modeli pul'siruyushei zvezdy pokazano na ris. 1, gde sploshnaya liniya sootvetstvuet t.n. osn. mode (sobstv. kolebaniyam s naibol'shim periodom), shtrihovaya liinya - pervomu obertonu, period k-rogo men'she, chem dlya osn. mody, i k-ryi harakterizuetsya nalichiem odnogo uzla vdol' radiusa. Vtoroi oberton imeet dva uzla vdol' radiusa, tretii - tri, i t.d. Kolebaniya s raznyh storon uzla proishodyat v protivofaze: kogda vnesh. oblast' rasshiryaetsya, vnutrennyaya szhimaetsya. V bol'shinstve pul'siruyushih zvezd kolebaniya predstavlyayut soboi stoyachie volny, i poetomu polozheniya uzlov (v sluchae obertonnyh pul'sacii) so vremenem ne menyayutsya.
Period P sobstv. kolebanii zvezdy pri tom ili inom tipe kolebanii (dlya k.-l. mody) opredelyaetsya v osnovnom sr. plotnost'yu veshestva zvezdy
(t.e. v konechnom schete ee polnoi massoi
i radiusom R). Eto teoretich. sootnoshenie imeet vid
= const, gde "postoyannaya" razlichna dlya raznyh mod, i, krome togo, ona nemnogo zavisit ot vnutr. stroeniya zvezdy (v chastnosti, chem bol'she koncentraciya veshestva k centru, tem men'she period osn. mody pri zadannyh
i R). Periody bol'shinstva peremennyh zvezd soglasuyutsya s gipotezoi radial'nyh kolebanii v osn. mode, no u nek-ryh zvezd nablyudaetsya, po-vidimomu, P. v obertonah ili dazhe odnovremenno v nesk. modah (v t.ch. i neradial'nyh). Dlya zvezd konkretnogo tipa peremennosti, napr., tipa RR Liry, imeyushih shodnoe stroenie, sootnoshenie
=const horosho vypolnyaetsya.
V pul'siruyushei zvezde, za isklyucheniem ee samyh vneshnih oblastei, kolebaniya proishodyat pochti adiabaticheski (sm. Adiabaticheskii process), v tom smysle, chto v techenie cikla kolebanii lyuboi vydelennyi v zvezde sloi nikak ne izmenyaet prohodyashii cherez nego potok izlucheniya i pul'siruet kak by v usloviyah polnoi teploizolyacii, bez teploobmena s okruzhayushimi sloyami. Analiz adiabatich. P. ne mozhet dat' nikakoi informacii o pul'sacionnoi ustoichivosti zvezdy, t.e. o tom, budut li malye kolebaniya narastat' ili zatuhat' s techeniem vremeni. Odnako takoi analiz obychno daet horoshee opisanie mehanich. sv-v zvezdy, v chastnosti ves'ma tochnye znacheniya periodov i pravil'noe predstavlenie o raspredelenii amplitudy P. vdol' radiusa.
Hotya neadiabatich. effekty i maly, oni privodyat k medlennomu izmeneniyu amplitudy P. Ochevidno, esli v moment naibol'shego szhatiya vydelennyi v zvezde sloi poluchaet nek-roe kolichestvo teploty, to posleduyushee rasshirenie budet proishodit' pri bol'shem davlenii, chem proizoshlo szhatie. V rezul'tate rabota, sovershennaya sloem za cikl kolebanii, budet polozhitel'noi, t.e., kak i v lyuboi teplovoi mashine, budet imet' mesto prevrashenie teplovoi energii v mehanicheskuyu. Takoi sloi budet vnosit' vklad v vozbuzhdenie (raskachku) kolebanii. Esli zhe v moment naibol'shego szhatiya sloi teryaet teplotu, to on vnosit vklad v zatuhanie kolebanii. Esli summarnaya rabota vseh sloev v zvezde za cikl kolebanii polozhitel'na, to zvezda pul'sacionno neustoichiva (kolebaniya narastayut), v protivopolozhnom sluchae - ustoichiva (kolebaniya zatuhayut).
Ris. 2. Shematicheskoe raspolozhenie oblastei,
opredelyayushih osnovnye osobennosti pul'sacii
modeli peremennoi zvezdy tipa RR Liry. Nizhnyaya
shkala ukazyvaet doli zvezdnoi massy, otschityvaemoi
ot poverhnosti ("inertnaya" oblast' v ob'eme
ot centra soderzhit svyshe 99% massy zvezdy,
a massa zon ionizacii vsego lish').
umen'shaetsya, prichem iz-za negomologichnosti kolebanii umen'shenie na vneshnei granice vydelennogo sloya budet b'ol'shim, chem na vnutrennei, i poetomu sloi budet teryat' teplotu. Nekotoryi ottok teploty iz sloya pri szhatii mozhet imet' mesto i pri postoyannom
. Delo v tom, chto potok izlucheniya proporcionalen dovol'no vysokoi (obychno chetvertoi) stepeni temp-ry, a temp-ra pri szhatii, kak pravilo, vozrastaet. Poetomu pri negomologichnosti kolebanii dolzhen proishodit' ottok teploty iz sloya v moment naibol'shego szhatiya. Soglasno raschetam, vremya zatuhaniya kolebanii v zvezdah-gigantah i sverhgigantah dolzhno sostavlyat' ot soten dnei do nesk. let, t.e., kazalos' by, my voobshe ne dolzhny nablyudat' pul'siruyushih zvezd (a esli sluchaino takaya zvezda obnaruzhitsya, amplituda ee P. dolzhna umen'shat'sya "na glazah"). Sushestvovanie bol'shogo chisla dlitel'no pul'siruyushih zvezd ukazyvaet na to, chto v pul'siruyushei zvezde dolzhen postoyanno deistvovat' effektivnyi mehanizm raskachki kolebanii. Na pervyi vzglyad, takoi mehanizm deistvuet v nedrah zvezd, gde protekayut termoyadernye reakcii, intensivnost' k-ryh sil'no zavisit ot temp-ry: pri szhatii temp-ra vozrastaet, i vsledstvie etogo usilivaetsya vydelenie yadernoi energii. Pri rasshirenii, naoborot, vydelenie energii umen'shaetsya. Odnako iz-za chrezvychaino malyh amplitud kolebanii v centre raskachivayushii effekt, vyzvannyi periodich. usileniem termoyadernyh reakcii, okazyvaetsya neznachitel'nym v sravnenii s zatuhaniem vo vnesh. sloyah. T.o., negomologichnost' sobstv. kolebanii zvezd zastavlyaet otkazat'sya ot rassmotreniya k.-l. "central'nyh" mehanizmov vozbuzhdeniya P. i iskat' mehanizmy raskachki, lokalizovannye vo vnesh. sloyah. Samym effektivnym iz naidennyh mehanizmov dlya klassich. peremennyh zvezd (cefeid, peremennyh tipa RR Liry i dr. zvezd v polose neustoichivosti, sm. Evolyuciya zvezd) okazalos' deistvie zon chastichnoi ionizacii vodoroda i geliya, osobenno zony vtoroi ionizacii geliya.
Ris. 3. a - Izmenenie pokazatelya adiabaty
v zvezde tipa RR Liry s glubinoi (obshee stroenie
zvezdy pokazano na ris. 2). Zashtrihovany oblasti
chastichnoi ionizacii. b - Vklad razlichnyh sloev zvezdy
v vozbuzhdenie ili zatuhanie malyh kolebanii. Sloi
tolshinoisovershaet za polnyi cikl kolebanii
rabotu, izmeryaemuyu ploshad'yu s dvoinoi shtrihovkoi. Zona
HeIIHeIII daet vklad
75-80% v vozbuzhdenie
pul'sacii. Summarnaya rabota vseh sloev (zashtrihovannaya
ploshad' s uchetom znaka raboty) polozhitel'na, poetomu
zvezda pul'sacionno neustoichiva., effektivnaya temp-ra
K, svetimost'
, temp-ra v centre
K, a plotnost' v centre
(
v 2 mlrd. raz men'she). Ionizaciya vodoroda i pervaya ionizaciya geliya proishodyat pri temp-rah ot
do
K, vtoraya ionizaciya geliya - ot
do
K. Eti oblasti prostirayutsya vglub' menee chem na 0,1R, odnako imenno oni obespechivayut raskachku i podderzhanie P. Osn. zatuhanie proishodit v oblasti s temperaturoi ot
K u verhnei granicy do
K u nizhnei. Bolee gluchokie sloi pul'siruyut prakticheski adiabaticheski i ne vliyayut na ustoichivost' zvezdy. Na vnesh. granice eshe bolee glubokoi "inertnoi" oblasti amplituda kolebanii ne prevyshaet 1/1000 poverhnostnoi amplitudy, i etu oblast' (vplot' do centra) pri analize P. mozhno uverenno schitat' "zhestkim" yadrom zvezdy.
Raskachavayushee deistvie zon chastichnoi ionizacii osnovano na tom, chto pri szhatii oni sposobny neskol'ko zaderzhivat' prohodyashii cherez nih potok izlucheniya, a pri rasshirenii - naoborot, usilenno teryat' energiyu, otdavaya ee vneshnim sloyam. Deistvitel'no, v zone chastichnoi ionizacii energiya, vydelyayushayasya pri szhatii, idet ne tol'ko na nagrev gaza, no i na ego ionizaciyu. Eto prepyatstvuet sil'nomu povysheniyu tempratury pri szhatii. [Otnositel'nye izmeneniya plotnosti
svyazany s otnositel'nymi izmeneniyami temp-ry
sootnosheniem
, strogo vypolnyayushimsya lish' pri adiabatich. kolebaniyah.] V zone vtoroi ionizacii geliya
(ris. 3) vmesto obychnogo znacheniya
dlya ideal'nogo odnoatomnogo gaza, t.e. pri szhatii povyshenie temp-ry v zone ionizacii okazyvaetsya men'shim, chem v prilegayushih bolee glubokih sloyah. Dlya zadannogo koeff. neprozrachnosti potok izlucheniya proporcionalen T4, a poetomu pri szhatii v zone ionizacii proizoidet zaderzhka potoka izlucheniya, idushego iznutri. Dannyi effekt, svyazannyi s pryamym vliyaniem izmenenii temp-ry na potok izlucheniya, naz.
-mehanizmom. Znachitel'nuyu, esli ne osn. rol' igrayut i izmeneniya neprozrachnosti. Koefficient neprozrachnosti
zavisit ot T i
po zakonu
(
- postoyannaya velichina dlya veshestva dannogo him. sostava,
,
). Iz-za malyh variacii temp-ry v zone ionizacii pri P. izmeneniya plotnosti stanovyatsya opredelyayushimi v zakone neprozrachnosti, t.e. pri szhatii neprozrachnost' budet uvelichivat'sya (v dr. oblastyah zvezdy ona umen'shaetsya iz-za sil'nogo povysheniya temp-ry). Potok izlucheniya obratno proporcionalen koeff.
, poetomu iz-za uvelicheniya
v zone ionizacii pri szhatii (ris. 4) takzhe proizoidet zaderzhka izlucheniya. Krome togo, v zone ionizacii vodoroda poakzatel' s stanovitsya malym ili dazhe otricatel'nym, chto sposobstvuet eshe bol'shemu uvelicheniyu
pri szhatii. V celom effekt, svyazannyi s pryamym vliyaniem izmenenii neprozrachnosti na potok izlucheniya naz.
-mehanizmom. Sleduet otmetit', chto
-mehanizm i
-mehanizm ne yavl. nezavisimymi, ih razdelenie neskol'ko iskusstvennoe.
Rassmotrennye effekty izmenenii temp-ry i neprozrachnosti sami po sebe eshe nedostatochny dlya obespecheniya raskachki P. Vo vnutr. chastyah zony ionizacii, gde
umen'shaetsya v napravlenii ot centra (dostigaya minimuma ok. serediny zony), proishodit zaderzhka potoka izlucheniya pri szhatii; vo vnesh. zhe chastyah etoi zony, gde
uvelichivaetsya v napravlenii ot centra, pri szhatii mozhet proishodit' usilennyi ottok teplotyYu i togda eta vnesh. chast' budet vnosit' vklad v zatuhanie P. Zatuhanie budet imet' mesto v oblasti nad zonoi ionizacii, gde pokazatel'
priblizitel'no postoyanen, a koeff.
pri szhatii umen'shaetsya. Pri etom summarnyi raskachivayushii effekt zony ionizacii mozhet okazat'sya malym ili voobshe otsutstvovat', osobenno pri negomologichnosti kolebanii (v dannom sluchae pri bol'shih izmeneniyah fiz. parametrov v hode P. vo vnesh. chasti zony po sravneniyu s vnutr. oblast'yu).
Odnako iz-za ochen' nizkoi plotnosti samyh vnesh. sloev ih P. harakterizuyutsya sil'noi neadiabatichnost'yu (sil'nym teploobmenom mezhdu otdel'nymi sloyami), i okazyvaetsya, chto takie razrezhennye sloi nesposobny effektivno zaderzhivat' prohodyashii cherez nih potok izlucheniya: v lyuboi moment vremeni vydelennyi sloi teryaet cherez svoyu vnesh. granicu stol'ko zhe energii, skol'ko poluchaet ee iznutri. T.o., samye vneshnie sloi ne vnosyat nikakogo vklada v vozbuzhdenie ili zatuhanie P.
Ris. 4. Izmenenie koefficienta neprozrachnosti
vo vneshnih sloyah modeli klassicheskoi cefeidy s techeniem
vremeni t (ohvacheny dva perioda P ustanovivshihsya pul'sacii).
Vertikal'nye linii otmechayut momenty niabol'shego szhatiya.
V eti momenty znacheniyablizki k maksimal'nomu znacheniyu
v zonah chastichnoi ionizacii vodoroda i geliya (sloi v-d) i k
minimal'nomu (sloi a-b). (Po dannym Dzh. Koksa)HeIII peremennyh zvezd. Vtoraya ionizaciya He proishodit pri temp-re ok.
K (v seredine zony) v sootvetstvii s potencialom ionizacii 54,4 eV. Poetomu v zvezdah s raznoi effektivnoi temp-roi Te zona ionizacii raspolozhena na razlichnoi glubine pod poverhnost'yu. Esli ona slishkom blizka k poverhnosti (Te slishkom velika), to kolebaniya vsei zony harakterizuyutsya sil'noi neadiabatichnost'yu i zona ne vnosit vklada v vozbuzhdenie P. Esli zhe zona lezhit slishkom gluboko (Te slishkom mala), neadiabaticheskie effekty maly po vsei zone, i poetomu raskachivayushee deistvie vnutr. chasti zony kompensiruetsya zatuhaniem vo vnesh. chasti i zona takzhe prakticheski ne vnosit vklada v vozbuzhdenie P. T.o., dolzhen sushestvovat' dovol'no uzkii diapazon znachenii Te, dlya k-rogo vozmozhno vozbuzhdenie P. v zone vtoroi ionizacii geliya. Sushestvovanie uzkoi, pochti vertikal'noi polosy neustoichivosti na