Vladimír Štefl Ústav teoretické fyziky a astrofyziky Astrofyzika I. Základní hvězdné charakteristiky, určování vzdáleností Astrofyzika ukončení: písemná zkouška - 4 úlohy průměrné obtížnosti , doba zpracování 1 hod., ústní zkouška - 1 otázka z tematických okruhů Vanýsek, V.: Základy astronomie a astrofyziky. Academia, Praha 1980. Štefl, V.: Vybrané kapitoly z astrofyziky. UJEP, Brno 1985. Mikulášek, Z., Krtička, J.: Úvod do fyziky hvězd MU, Brno 2005. Široký, J., Široká, M.: Základy astronomie v příkladech. SPN, Praha 1966. Šolc, M., Švestka, J., Vanýsek, V.: Fyzika hvězd a vesmíru. SPN, Praha 1987. www.physics.muni.cz/astroulohy/ cvičení: kalkulačka, fyzikální a astronomické konstanty, převody jednotek PROČ vyučovat ASTRONOMII aneb úvodní motivace •studenti projevují zájem o astronomickou problematiku, často se s ní setkávají v denním tisku, v časopisech, na internetu, v televizi •ne vždy jsou uváděné informace správné, ve výuce je třeba provádět jejich korekci •astronomické poznatky jsou součástí znalostí středoškolsky vzdělaného člověka Astrofyzika - tematické okruhy Základní hvězdné charakteristiky a metody jejich určování Metody určování vzdáleností Povrchové teploty hvězd, Boltzmannova a Sahova rovnice, spektrální klasifikace hvězd Stavová interpretace H - R diagramu Stavba nitra hvězd hlavní posloupnosti, hydrostatická a zářivá rovnováha, základní rovnice stavby hvězd Zdroje energie hvězd. Vztah hmotnost - zářivý výkon, Russellův - Vogtův teorém Vývojová interpretace H - R diagramu Dvojhvězdy Bílí trpaslíci, neutronové hvězdy, černé díry Hvězdokupy a asociace Stavební struktura Galaxie. Hvězdné populace, jejich znaky. Rotace Galaxie, Oortovy konstanty Vnější galaxie, jejich klasifikace, aktivita. Kosmologické modely vesmíru Sluneční soustava, rozdělení planet, Země, Měsíc, kosmogonie Pozorování, atmosférická refrakce, roční období, jejich obloha mlhovina Rozetta Astrofyzika Astrofyzika Astrofyzika – zdokonalování pozorování Hvězdy - jejich vlastnosti - charakteristiky pozorujeme asi 5 000 hvězd jsou všechny stejné? jaké mají vlastnosti – charakteristiky? poloměr hmotnost teplota zářivý výkon spektrum Základní hvězdné charakteristiky Základní hvězdné charakteristiky Hmotnost hvězd Viriálová věta R. Clausius r. 1870: omezený prostor, periodický pohyb, změna momentu hybnosti → 0. tzv. jednoduchý tvar, střední časové hodnoty, částice hvězd, hvězdy v hvězdokupách, galaxie v kupách galaxií střední hodnota celkové energie = …. centrální teplota Určování hmotnosti a) III. Keplerův zákon v přesném tvaru III. Keplerův zákon v přesném tvaru - dvojhvězda Sírius III. Keplerův zákon v přesném tvaru – cvičení Fyzická dvojhvězda Sirius sirius7 SiriusBinary_147x123 vzajemne siriusb 9 . 10-3 RS ≈ 9 .10-1 Rz 1 MS 25 200 K 2 . 10-3 LS III. Keplerův zákon v přesném tvaru - cvičení Cvičení – fyzikální konstanty Cvičení - astronomické konstanty Určování hmotnosti - gravitační rudý posuv siriusb Určování poloměru hvězd Určování poloměru hvězd - zákrytové dvojhvězdy Určování poloměru hvězd - interferometricky Porovnání poloměrů hvězd Poloměry hvězd - typické Charakteristiky hvězd, hvězda LBV 1806-20 1806-20b 150 RS 150 MS 4 . 10 7 LS fyzická dvojhvězda ? Slunce: RS 7 . 10 8 m MS 2 . 10 30 kg TS 5 780 K LS 4 . 10 26 W betelgeuse_hst orion3 750 RS 17 MS 3 500 K Betelgeuse – červený veleobr PICARD Cassini AU Giovanni Domenico Cassini 1625-1712 Jean Richer 1630-1696 sluneční paralaxa září - 1672 stanovení AU – 138,5 mil. km! Určování vzdálenosti Země - Slunce pM 25“…0,38 au pS 10“… 1 au pM 2,5krát větší pS Určování vzdálenosti Země - Slunce, publikace 1673 Určování vzdálenosti Země - Slunce Určování vzdálenosti Země - Slunce HALLEY1 VENUSE Edmond Halley 1656 - 17421742) Halleyova metoda stanovení sluneční paralaxy $ {\frac{{{AB}}}{c}=\frac{d-e}{e}=\frac{3}{7}}$ vzdálenost ZS…d vzdálenost VS…e posuv chord v dílech slunečního průměru, při znalosti úhlových rozměrů Slunce nalezneme d aV /aZ = 0,7 aV /(aZ – aV) = 7/3 Přechod Venuše po přechodu bogine001 bogine003 aV /aZ = 0,7 aV /(aZ – aV) = 7/3 Přechod Venuše přes Slunce bogine004 , B na Zemi 3 000 km na disku Slunce polohy a, b vzdálené 3 000 x 7/3 = 7 000 km ∢ AVB = ∢ aVb velikost hledaného úhlu? ∢ aVb = 7 000/108 000 000 = 0,000 07 rad = 14“ , tedy ¼ velikosti kotoučku Venuše na disku Slunce, který má při úhlovém průměru Venuše 12 000/45 000 000 = 0,000 27 rad = 56“ měření obtížné, ale realizovatelné Určování vzdáleností - úhloměrný způsob Roční paralaxa Určování vzdáleností - úhloměrný způsob Určování vzdáleností - úhloměrný způsob Určování vzdáleností - úhloměrný způsob Určování vzdáleností - úhloměrný způsob Určování vzdáleností v současnosti astrometrická družice Hipparcos - HIgh Precision PARallax COlleting Satellite 1989-1993, zpracování údajů Pogsonova rovnice Škála hvězdných velikostí původní Hipparchovo intuitivní rozdělení jasností hvězd Pogsonova rovnice Hvězdné velikosti Pogson odvodil vztah pro vizuální obor spektra, platí zcela obecně Pogsonova rovnice Pogson odvodil vztah pro vizuální obor spektra, platí zcela obecně Pogsonova rovnice pozorovaná hvězdná velikost m - závisí na vzdálenosti kosmického tělesa (např. hvězdy), proto pro srovnání byla zavedena absolutní hvězdná velikost M - taková hvězdná velikost, kterou by kosmické těleso mělo, jestliže ho umístíme do vzdálenosti 10 pc Modul vzdálenosti Astronomické a fyzikální fotometrické veličiny Určování zářivého výkonu hvězd Pozorované vizuální hvězdné velikosti Pozorované hvězdné velikosti apparent-magnitude.jpg Fotometrický systém UBV UBV systém U … 360 nm ultrafialová B … 440 nm modrá V … 540 nm vizuální bolometrická korekce BC rozdíl bolometrické a vizuální hvězdné velikosti BC = Mbol - Mv Určování vzdáleností - fotometricky, spektroskopicky Určování vzdáleností – novy, přenos hmoty v těsných dvojhvězdách Maastransfer1.jpg jedna složka červený obr, druhá složka bílý trpaslík, přenos hmoty Určování vzdáleností - novy jde o staré hvězdy, složky těsné dvojhvězdy, výrazné zjasnění objektu až o 4 - 5 mag, ukládání plynu na povrch bílého trpaslíka, nárůst tlaku a teploty, zapálení termonukleárních reakcí, vodík -helium, produkce energie, exploze plynné atmosféry Určování vzdáleností - metoda nov Novy Určování vzdáleností - novy Novy • Odvržená obálka je větší než u planetárních mlhovin – 30 MZ, charakter hoření je explozivní, rychlost až 3000 km.s-1 GK Per Cyg 1992 Supernovy Ia •těsná dvojhvězda: normální hvězda + bílý trpaslík (uhlíko-kyslíkový) •přetékající plyn se prostřednictvím akrečního disku ukládá na trpaslíka, při překročení hmotnosti 1,4 Ms - Chandrasekharovy meze dochází ke gravitačnímu kolapsu • •exploduje celý bílý trpaslík 10 9 LS • •Vexp = 25 00 km.s-1, neexistence vodíkových čar • •srážka dvou neutronových hvězd Určování vzdáleností - supernovy Ia Spirální galaxie se supernovou ngc3184 Určování vzdáleností – cefeidy, Hubbleův zákon cefeidy - pulsující hvězdy, měnící svůj poloměr a jasnost Určování vzdáleností – identifikace cefeid v M 31 Určování vzdáleností - cefeidy, družice Hipparcos Určování vzdáleností galaxií, kvasarů Edwin Powell Hubble 1889 - 1953 v = H . r HUBBLE~12 hubble Hubbleův - Lemaitrův zákon Hubbleův - Lemaitrův zákon gal_spectra pro z > 0,1 Spektrální paralaxa hvězd podle intenzity vybraných spektrálních čar - rozlišení obrů a hvězd HP Určování vzdáleností - přehled metod Určování vzdáleností - přehled metod Určování vzdáleností spirálních galaxií - Tully-Fisher