Prezentacii.com

Типы двойных звезд Типы двойных звезд

Для начала выясним, какие Для начала выясним, какие звезды так называют. звезды так называют. Давайте сразу отбросим тот Давайте сразу отбросим тот тип двойных, который тип двойных, который носит название "оптически носит название "оптически двойные звезды". Это - двойные звезды". Это - пары звезд, случайно пары звезд, случайно оказавшиеся рядом на оказавшиеся рядом на небе, то есть в одном небе, то есть в одном направлении, а в направлении, а в пространстве, на самом пространстве, на самом деле, их разделяют деле, их разделяют большие расстояния. Этот большие расстояния. Этот тип двойных мы тип двойных мы рассматривать не станем. рассматривать не станем. Нас будет интересовать Нас будет интересовать класс физически двойных, класс физически двойных, то есть действительно то есть действительно связанных гравитационным связанных гравитационным взаимодействием звезд. взаимодействием звезд.

Положение центра массПоложение центра масс Физически двойные звезды по Физически двойные звезды по

эллипсам вращаются вокруг общего эллипсам вращаются вокруг общего центра масс. Однако, если центра масс. Однако, если отсчитывать координаты одной звезды отсчитывать координаты одной звезды относительно другой, то получится, относительно другой, то получится, что звезды движутся друг что звезды движутся друг относительно друга тоже по эллипсам. относительно друга тоже по эллипсам. На этом рисунке за начало отсчета мы На этом рисунке за начало отсчета мы взяли более массивную голубую взяли более массивную голубую звезду. В такой системе центр масс звезду. В такой системе центр масс (зеленая точка) описывает вокруг (зеленая точка) описывает вокруг голубой звезды эллипс. Хочется голубой звезды эллипс. Хочется предостеречь читателя от предостеречь читателя от распространенного заблуждения, распространенного заблуждения, заключающегося в том, что часто заключающегося в том, что часто полагается будто бы более массивная полагается будто бы более массивная звезда сильнее притягивает звезду с звезда сильнее притягивает звезду с малой массой, чем наоборот. Любые малой массой, чем наоборот. Любые два объекта притягивают друг друга два объекта притягивают друг друга одинаково. Но объект с большой одинаково. Но объект с большой массой труднее сдвинуть с места. И массой труднее сдвинуть с места. И хотя падающий на Землю камень хотя падающий на Землю камень притягивает Землю с той же силой, притягивает Землю с той же силой, что и Земля его, этой силой что и Земля его, этой силой невозможно побеспокить нашу невозможно побеспокить нашу планету, и мы видим, как движется планету, и мы видим, как движется камень. камень.

Часто, правда, встречаются так называемые кратные системы, с тремя и более компонентами. Однако движение трех и более взаимодействующих тел неустойчиво. Всиcтеме, скажем, из трех звезд всегда можно выделить, двойную подсистему и третью звезду, вращающуюся вокруг этой пары. В системе из четырех звезд могут существовать две двойные подсистемы, вращающиеся вокруг общего центра масс. Иными словами, в природе, устойчивые кратные системы всегда сводятся к системам из двух членов.

К системе из трех звезд принадлежит небезызвестная Альфа Центавра, считающаяся многими ближайшей к нам звездой, а на самом деле, третий слабый компонент этой системы - Проксима Центавра, красный карлик, - находится ближе. Все три звезды системы из-за близости видны раздельно. Действительно, иногда то, что звезда двойная, видно в телескоп. Такие двойные называются визуально двойными (не путать с оптически двойными!). Как правило, это не тесные пары, расстояния между звездами в них велики, гораздо больше их собственных размеров.

Блеск двойных звёздБлеск двойных звёзд

Часто звезды в парах сильно Часто звезды в парах сильно различаются по блеску, тусклую различаются по блеску, тусклую звездочку затмевает блеском яркая. звездочку затмевает блеском яркая. Иногда в таких случаях астрономы Иногда в таких случаях астрономы узнают о двойственности звезды по узнают о двойственности звезды по отклонениям в движении яркой отклонениям в движении яркой звезды под действием невидимого звезды под действием невидимого спутника от рассчитанной для спутника от рассчитанной для одиночной звезды траектории в одиночной звезды траектории в пространстве. Такие пары называют пространстве. Такие пары называют астрометрически двойными. В астрометрически двойными. В частности, Сириус долго относился к частности, Сириус долго относился к такому типу двойных, пока мощность такому типу двойных, пока мощность телескопов не позволила разглядеть телескопов не позволила разглядеть невидимый доселе спутник - Сириус В. невидимый доселе спутник - Сириус В. Эта пара стала визуально двойной. Эта пара стала визуально двойной.

Бывает, что плоскость обращения Бывает, что плоскость обращения звезд вокруг их общего центра масс звезд вокруг их общего центра масс проходит или почти проходит через проходит или почти проходит через глаз наблюдателя. Орбиты звезд глаз наблюдателя. Орбиты звезд такой системы расположены, как бы, такой системы расположены, как бы, ребром к нам. Здесь звезды будут ребром к нам. Здесь звезды будут периодически затмевать друг друга, периодически затмевать друг друга, блеск всей пары будет с тем же блеск всей пары будет с тем же периодом меняться. Этот тип периодом меняться. Этот тип двойных называется затменно-двойных называется затменно-двойными. Если же говорить о двойными. Если же говорить о переменности звезды, то такую звезду переменности звезды, то такую звезду называют затменно-переменной, что называют затменно-переменной, что также указывает на ее также указывает на ее двойственность. Самой первой двойственность. Самой первой открытой и самой известной двойной открытой и самой известной двойной такого типа является звезда Алголь такого типа является звезда Алголь (Глаз Дьявола) в созвездии Персея.(Глаз Дьявола) в созвездии Персея.

Спектрально двойные Спектрально двойные звёздызвёзды

Последним типом Последним типом двойных являются двойных являются спектрально двойные. спектрально двойные. Их двойственность Их двойственность определяется при определяется при изучении спектра изучении спектра звезды, в котором звезды, в котором замечаются замечаются периодические периодические смещения линий смещения линий поглощения или видно, поглощения или видно, что линии являются что линии являются двойными, на чем двойными, на чем основывается вывод о основывается вывод о двойственности звезды.двойственности звезды.

Чем же интересны двойные Чем же интересны двойные звезды?звезды?

Во-первых, они дают возможность узнать массы Во-первых, они дают возможность узнать массы звезд, так как легче всего и надежнее всего она звезд, так как легче всего и надежнее всего она вычисляется по видимому взаимодействию двух вычисляется по видимому взаимодействию двух тел. Прямые наблюдения позволяют узнать общий тел. Прямые наблюдения позволяют узнать общий "вес" системы, а если добавить к ним известные "вес" системы, а если добавить к ним известные соотношения между массами звезд и их соотношения между массами звезд и их светимостями, о которых говорилось выше в светимостями, о которых говорилось выше в рассказе о судьбе звезд, то можно выяснить массы рассказе о судьбе звезд, то можно выяснить массы компонентов, проверить теорию. Одиночные компонентов, проверить теорию. Одиночные звезды такой возможности нам не предоставляют. звезды такой возможности нам не предоставляют. Кроме того, как тоже было упомянуто ранее, судьба Кроме того, как тоже было упомянуто ранее, судьба звезд в таких системах может разительно звезд в таких системах может разительно отличаться от судьбы таких же одиночных звезд. отличаться от судьбы таких же одиночных звезд. Небесные пары, расстояния между которыми Небесные пары, расстояния между которыми велики, по сравнению с размерами самих звезд, на велики, по сравнению с размерами самих звезд, на всех стадиях своей жизни живут по тем же всех стадиях своей жизни живут по тем же законам, что и одиночные звезды, не мешая друг законам, что и одиночные звезды, не мешая друг другу. В этом смысле, их двойственность никак не другу. В этом смысле, их двойственность никак не проявляетсяпроявляется. .

Тесные пары: первый обмен Тесные пары: первый обмен массамимассами

Звезды двойной рождаются вместе из Звезды двойной рождаются вместе из одной газопылевой туманности, у них один одной газопылевой туманности, у них один возраст, но часто - разные массы. Мы уже возраст, но часто - разные массы. Мы уже знаем, что более массивные звезды живут знаем, что более массивные звезды живут "быстрее", следовательно, более "быстрее", следовательно, более массивная звезда в процессе эволюции массивная звезда в процессе эволюции обгонит свою сверстницу. Она расширится, обгонит свою сверстницу. Она расширится, превращаясь в гиганта. В этом случае, превращаясь в гиганта. В этом случае, размер звезды способен стать таким, что размер звезды способен стать таким, что вещество с одной звезды (раздувшейся) вещество с одной звезды (раздувшейся) начнет перетекать на другую. Как начнет перетекать на другую. Как следствие, масса первоначально более следствие, масса первоначально более легкой звезды может стать больше легкой звезды может стать больше первоначально тяжелой! Кроме того, мы первоначально тяжелой! Кроме того, мы получим две звезды одинакового возраста, получим две звезды одинакового возраста, причем более массивная звезда еще причем более массивная звезда еще находится на главной последовательности, находится на главной последовательности, то есть в ее центре по-прежнему то есть в ее центре по-прежнему продолжается синтез гелия из водорода, а продолжается синтез гелия из водорода, а более легкая звезда уже израсходовала более легкая звезда уже израсходовала свой водород, в ней образовалось геливое свой водород, в ней образовалось геливое ядро. Вспомним, что в мире одиночных ядро. Вспомним, что в мире одиночных звезд такого произойти не может. За звезд такого произойти не может. За несоответствие возраста звезды с ее несоответствие возраста звезды с ее массой это явление названо парадоксом массой это явление названо парадоксом Алголя, в честь той же самой затменно-Алголя, в честь той же самой затменно-двойной. Звезда Бета Лиры - еще одна двойной. Звезда Бета Лиры - еще одна пара, в которой прямо сейчас происходит пара, в которой прямо сейчас происходит обмен массами. обмен массами.

Вещество с раздувшейся звезды, перетекая на менее Вещество с раздувшейся звезды, перетекая на менее массивную компоненту, попадает на нее не сразу массивную компоненту, попадает на нее не сразу (этому мешает взаимное вращение звезд), а сначала (этому мешает взаимное вращение звезд), а сначала образует вращающийся диск вещества вокруг меньшей образует вращающийся диск вещества вокруг меньшей звезды. Силы трения в этом диске будут уменьшать звезды. Силы трения в этом диске будут уменьшать скорость частиц вещества, и оно будет оседать на скорость частиц вещества, и оно будет оседать на поверхность звезды. Такой процесс называется поверхность звезды. Такой процесс называется аккрецией, а образовавшийся диск - аккреционным. В аккрецией, а образовавшийся диск - аккреционным. В результате, первоначально более массивная звезда результате, первоначально более массивная звезда имеет необычный химический состав: весь водород имеет необычный химический состав: весь водород внешних ее слоев перетекает к другой звезде, а внешних ее слоев перетекает к другой звезде, а остается лишь гелиевое ядро с примесями более остается лишь гелиевое ядро с примесями более тяжелых элементов. Такая звезда, называемая тяжелых элементов. Такая звезда, называемая гелиевой, быстро эволюционирует, образуя белый гелиевой, быстро эволюционирует, образуя белый карлик или релятивистскую звезду, в зависимости от карлик или релятивистскую звезду, в зависимости от своей массы. При этом, в двойной системе в целом своей массы. При этом, в двойной системе в целом произошла важная перемена: первоначально более произошла важная перемена: первоначально более массивная звезда уступила это свое перевенство.массивная звезда уступила это свое перевенство.

Второй обмен массамиВторой обмен массами В двойных же системах встречаются также рентгеновские В двойных же системах встречаются также рентгеновские

пульсары, излучающие в более высокоэнергетическом пульсары, излучающие в более высокоэнергетическом диапазоне длин волн. Это излучение связано с аккрецией диапазоне длин волн. Это излучение связано с аккрецией вещества вблизи магнитных полюсов релятивистской вещества вблизи магнитных полюсов релятивистской звезды. Источником аккреции служат частицы звездного звезды. Источником аккреции служат частицы звездного ветра, испускаемые второй звездой (та же природа и у ветра, испускаемые второй звездой (та же природа и у солнечного ветра). Если звезда имеет большие размеры, солнечного ветра). Если звезда имеет большие размеры, звездный ветер достигает значительной плотности, звездный ветер достигает значительной плотности, энергия излучения рентгеновского пульсара может энергия излучения рентгеновского пульсара может доходить до сотни и тысячи светимостей Солнца. доходить до сотни и тысячи светимостей Солнца. Рентгеновский пульсар - единственный способ косвенного Рентгеновский пульсар - единственный способ косвенного обнаружения черной дыры, которую, как мы помним, обнаружения черной дыры, которую, как мы помним, увидеть нельзя. Да и нейтронная звезда является увидеть нельзя. Да и нейтронная звезда является редчайшим объектом для визуальных наблюдений. редчайшим объектом для визуальных наблюдений.

На этом еще далеко не все. Вторая звезда тоже рано или На этом еще далеко не все. Вторая звезда тоже рано или поздно раздуется, и вещество начнет перетекать на поздно раздуется, и вещество начнет перетекать на соседку. И это - уже второй обмен веществом в двойной соседку. И это - уже второй обмен веществом в двойной системе. Достигнув больших размеров, вторая звезда системе. Достигнув больших размеров, вторая звезда начинает "возвращать" забранное при первом обмене. начинает "возвращать" забранное при первом обмене.

Если на месте первой звезды оказывается белый Если на месте первой звезды оказывается белый карлик, то в результате второго обмена на его карлик, то в результате второго обмена на его поверхности могут происходить вспышки, которые поверхности могут происходить вспышки, которые мы наблюдаем как новые звезды. В один момент, мы наблюдаем как новые звезды. В один момент, когда вещества, выпавшего на поверхность сильно когда вещества, выпавшего на поверхность сильно нагретого белого карлика, становится слишком нагретого белого карлика, становится слишком много, температура газа возле поверхности резко много, температура газа возле поверхности резко повышается. Это провоцирует взрывоподобный повышается. Это провоцирует взрывоподобный всплеск ядерных реакций. Светимость звезды всплеск ядерных реакций. Светимость звезды значительно увеличивается. Такие вспышки могут значительно увеличивается. Такие вспышки могут повторяться, и их называют уже повторными повторяться, и их называют уже повторными новыми. Повторные вспышки слабее первых, в новыми. Повторные вспышки слабее первых, в результате которых звезда может увеличивать свой результате которых звезда может увеличивать свой блеск в десятки раз, что мы и наблюдаем с Земли блеск в десятки раз, что мы и наблюдаем с Земли как появление "новой" звезды. как появление "новой" звезды.

Другой исход в системе с белым карликом - Другой исход в системе с белым карликом - вспышка сверхновой. Следствием вспышка сверхновой. Следствием перетекания вещества со второй звезды перетекания вещества со второй звезды может стать достижение белым карликом может стать достижение белым карликом предельной массы в 1,4 солнечной. Если это предельной массы в 1,4 солнечной. Если это уже железный белый карлик, то он не в уже железный белый карлик, то он не в силах будет удержать гравитационное силах будет удержать гравитационное сжатие и взорвется. Вспышки сверхновых в сжатие и взорвется. Вспышки сверхновых в двойных системах очень похожи по яркости и двойных системах очень похожи по яркости и развитию друг на друга, так как всегда развитию друг на друга, так как всегда взрываются звезды одной и той же массой - взрываются звезды одной и той же массой - 1,4 солнечной. Напомним, что в одиночных 1,4 солнечной. Напомним, что в одиночных звездах этой критической массы достигает звездах этой критической массы достигает центральное железное ядро, а наружные центральное железное ядро, а наружные слои могут иметь разную массу. В двойных слои могут иметь разную массу. В двойных системах, как ясно из нашего повествования, системах, как ясно из нашего повествования, эти слои почти отсутствуют. Именно поэтому эти слои почти отсутствуют. Именно поэтому подобные вспышки имеют одинаковую подобные вспышки имеют одинаковую светимость. Замечая их в далеких светимость. Замечая их в далеких галактиках, мы можем высчитывать галактиках, мы можем высчитывать расстояния гораздо большие , чем можно расстояния гораздо большие , чем можно определить, используя звездный параллакс определить, используя звездный параллакс или цефеиды. или цефеиды.

Потеря значительной части массы всей Потеря значительной части массы всей системы в результате взрыва сверхновой системы в результате взрыва сверхновой может привести к распаду двойной. Сила может привести к распаду двойной. Сила гравитационного притяжения между гравитационного притяжения между компонентами сильно уменьшается, и они по компонентами сильно уменьшается, и они по инерции своего движения могут разлететься.инерции своего движения могут разлететься.

Астрономически-двойные Астрономически-двойные звёздызвёзды