Divzvaigznes (binārās zvaigznes) — definīcija, veidi un nozīme astronomijā
Uzzini visu par divzvaigznēm (binārām zvaigznēm): definīcija, veidi, nozīme astronomijā, kā nosaka masu un spožuma attiecības un atšķirība no optiskajām dubultzvaigznēm.
Divzvaigzne ir divas zvaigznes, kas gravitācijas ietekmē riņķo ap kopīgu masveida centru. Katrai zvaigznei otra zvaigzne ir pavadošā zvaigzne. Daudzas zvaigznes Visumā veido sistēmas ar divām vai vairāk zvaigznēm; spilgtāko no tām parasti sauc par primāro zvaigzni, bet otru — par sekundāro zvaigzni. Divzvaigznes orbītas var būt ļoti atšķirīgas — no dažu stundu garuma periodiem ļoti cieši „kontaktējošām” sistēmām līdz gadu vai pat gadu simtu ilgām orbītām plašās dubultēs.
Veidi un klasifikācija
Divzvaigznes klasificē pēc novērojumu tehnikas un pēc to fiziskās saistības:
- Redzamās (vizuālās) divzvaigznes: abas zvaigznes var tieši atšķirt teleskopā.
- Spektroskopiskās divzvaigznes: pārmaiņas zvaigžņu spektrā (Doplera nobīde) atklāj, ka viena vai abas zvaigznes kustas uz priekšu un atpakaļ pa orbītu; tās var būt gan dubultas, gan trīskārtas sistēmas.
- Eklipsējošās (pārbloķējošās) divzvaigznes: no Zemes redzams, kā viena zvaigzne pāriet pāri otrai, izraisot regulāras spožuma pazemināšanās.
- Astrometriskās divzvaigznes: viena zvaigzne rāda nelielu, periodisku pozīcijas izkorišanos, ko rada neieraugāms pavadoņs.
- Optiskās dubultzvaigznes: tās izskatās tuvu viena otrai debesīs, bet nav saistītas ar gravitāciju — vienkārši līnijiski sakrīt novērojuma virzienā.
- Pēc fiziskā kontakta: atdalītas (detached), puskontaktējošas (semidetached) un kontaktējošas/overcontact sistēmas, kurās zvaigznes var dalīt gāzes plūsmas un pat izmainīt viena otras evolūciju.
Kā divzvaigznes tiek novērotas un pētītas
Dažādas metodes papildina viena otru, lai noteiktu orbītas parametrus un iegūtu fiziskas īpašības, īpaši masas:
- Vizuālā astrometrija: izmēra orbītas lielumu un formu, ja abas zvaigznes ir redzamas.
- Spektroskopija: mērīs Doplera nobīdi, no kuras iegūst orbītas ātrumus un, kombinējot ar periodu, masu funkciju.
- Fotometrija (gaismas krāsa/spožuma mērījumi): eklipsējošās divzvaigznes ļauj precīzi noteikt zvaigžņu izmērus, leņķisko inclnāciju un relatīvos spožumus; no eklipsu formas iegūst arī orbītas parametriem.
- Interferometrija: moderno teleskopu un interferometru palīdzība ļauj tieši izmērīt ļoti mazas angular sitācijas un atšķirt ļoti ciešas divzvaigznes.
Izmantojot Keplera likumus un novērotās orbītas parametrus, zinātnieki var precīzi aprēķināt zvaigžņu kopējo masu un, kombinējot ar spožuma attiecību, iegūt atsevišķu zvaigžņu masas un blīvumus. Tāpēc divzvaigznes ir fundamentālas astrofizikā un zvaigžņu teorijā.
Nozīmīgākie fiziskie procesi divzvaigznēs
- Masu pārneses: ja viena zvaigzne paplašinās (piemēram, kļūst par milzu), tā var uzsākt gāzes plūsmu uz pavadoņu, mainot abu evolūciju.
- Roche lobes un plūsmas: sistēmā ar pietiekami tuvu attālumu zvaigznes var dalīt materiālu, izraisot akrecijas diskus un spēcīgu elektromagnētisko starojumu.
- Veidošanās kompaktiem objektiem: divzvaigznes var radīt rentgena binārus, kad viena zvaigzne kļūst par neitronzvaigzni vai melno caurumu un akreēt no pavadones; tāpat dubultu neitronu vai melno caurumu apvienošanās ir spēcīgu gravitācijas viļņu avoti.
- Patērējošas eksplozijas: savienojoties ar baltā pundura kolēģi, masu pieplūde var izraisīt novus vai pat Ia tipa supernovas.
Vēsturiska piezīme
Pirmos būtiskos novērojumus un argumentus par reālām (ne tikai optiskām) divzvaigznēm sniedza anglo-vācu astronoms Viljams Heršels, kurš pamanīja sistēmas ar kopīgām kustībām un publicēja pirmo divzvaigžņu katalogu. Viņa dēls Džons Heršels turpināja darbu un atrada daudz vairāk zvaigžņu, papildinot un paplašinot katalogu.
Praktiskie piemēri un nozīme
Labāk izprasts piemērs ir sistēmas, kurās var noteikt abu zvaigžņu masas ar lielu precizitāti — tieši masu vērtības kalibrē masu-spīduma (mass–luminosity) attiecību, kas ir pamatā daudzām zvaigžņu evolūcijas teorijām. Divzvaigznes arī palīdz noteikt attālumus, testēt gravitācijas teorijas un atklāt eksotiskas parādības (piemēram, akrecijas diskus, relativistiskus efektiem ļoti masīvās sistēmās).
Kopsavilkums
Divzvaigznes ir viena no svarīgākajām zvaigžņu formām astronomijā — tās sniedz tiešus rīkus masu, izmēru, blīvuma un evolūcijas procesa noteikšanai. Ar mūsdienu novērojumu metodēm (fotometriju, spektroskopiju, interferometriju un astrometriju) mēs varam precīzi izpētīt to orbītas un fiziku, kas savukārt bagātina mūsu izpratni par Visuma zvaigžņu dzīvi un beigu stadijām.
Sīriusa divsistēmas Hubbla attēls, kurā Sīriuss B redzams kreisajā apakšējā stūrī.
Divas skaidri atšķiramas Albireo sastāvdaļas.
Animācija par zvaigžņu aptumsumiem
Algol B riņķo ap Algol A. Šī animācija tika izveidota no 55 CHARA interferometra attēliem tuvā infrasarkanā starojuma H joslā.
Mūsdienu definīcijas
Saskaņā ar mūsdienu definīciju termins "divzvaigzne" parasti attiecas tikai uz zvaigžņu pāriem, kas rotē ap kopīgu masas centru. Divzvaigznes, kuras var atšķirt ar teleskopu vai interferometriskām metodēm, sauc par vizuālām divzvaigznēm. Lielākajai daļai zināmo vizuālo binārā zvaigžņu vēl nav novērots viens vesels apgrieziens (pilns aplis), tās ir redzamas, ceļojot pa izliektu ceļu vai daļēju loku.
Dažas zvaigznes, šķiet, riņķo ap tukšu telpu, un šķiet, ka tām nav pavadoņa. Šādā gadījumā pavadošā zvaigzne ir vai nu ļoti maza un vāja, vai arī tā ir neitronu zvaigzne vai melnais caurums. Vispazīstamākais piemērs zvaigznei ar neredzamu pavadoni ir Cygnus X-1, kurā redzamās zvaigznes pavadone šķiet melnais caurums.
Vispārīgāks termins "dubultzvaigzne" tiek lietots, apzīmējot zvaigžņu pārus, kas debesīs redzami tuvu viens otram. Citās valodās, izņemot angļu valodu, šo atšķirību lieto reti. Dubultzvaigznes var būt binārās sistēmas vai arī tikai divas zvaigznes, kas debesīs šķiet tuvu viena otrai, bet kuru patiesais attālums no Saules ir ļoti atšķirīgs. Pēdējās sauc par optiskajām dubultzvaigznēm vai optiskajiem pāriem.
Vizuālās binārās datnes
Vizuāla divzvaigzne ir tāda, kuras abu zvaigžņu atdalīšana ir redzama ar teleskopu. Spilgtākā zvaigzne ir primārā, bet vājākā zvaigzne ir sekundārā. Vizuālajām divzvaigznēm ir nepieciešams ilgs laiks, lai riņķotu vienai ap otru - simtiem vai pat tūkstošiem gadu.
Spektroskopiskās dvīņu zvaigznītes
Spektroskopiskā divzvaigzne ir tāda, kurā abas zvaigznes nav saskatāmas atsevišķi pat ar teleskopu. Tās ir ļoti tuvu viena otrai un ļoti ātri pārvietojas viena ap otru dažu nedēļu vai pat dažu dienu laikā. Tomēr tās var saskatīt kā divas atsevišķas zvaigznes, izmantojot spektroskopu, kas spēj reģistrēt Doplera izmaiņas gaismas krāsā, ko izstaro zvaigznes, kas ātri virzās uz Zemi vai prom no tās.
Aizmigšanas dvīņu zvaigznītes
Dažu spektroskopisko dvīņu orbīta ir pret Zemi novietota malā. Šādā gadījumā zvaigznes pārmaiņus iet partnerzvaigznes priekšā un aizēno partnerzvaigzni, un to sauc par aptumsuma divdzvaigznēm. Šādā gadījumā laikā, kad viena zvaigzne atrodas otras zvaigznes priekšā, dubultzvaigznes redzamās gaismas daudzums nedaudz samazinās.
Astrometriskās dvīņu zvaigznītes
Astrometriskais divnieks ir tāds, kurā redzams tikai viens pavadonis. Astrometriskajās dvīņu zvaigznēs, kas atrodas samērā tuvu Zemei (līdz aptuveni 10 parsekiem), var būt iespējams redzēt, kā redzamais pavadonis "svārstās", pārvietojoties ap savu neredzamo pavadoni. Veicot mērījumus ilgākā laika periodā, var būt iespējams aprēķināt redzamās zvaigznes masu un tās orbītas ilgumu. Šo metodi izmanto arī, lai noteiktu, vai ap zvaigzni riņķo lielas planētas; līdz 2007. gadam šādā veidā ir atklāti vairāk nekā divi simti planētu.
Sistēmas īpašības
Lielākā daļa bināro kopiju ir atdalītas bināro kopijas. Izņemot to savstarpējo gravitācijas spēku, tās viena otru neietekmē.
Dažas dvīņu zvaigznes ir tik tuvu viena otrai, ka viena vai abas spēj izvilkt materiālu no otras. Kontaktinformācijas divzvaigznēm ir kopīga zvaigžņu atmosfēra, un, berzei ilgstoši palēninot to kustību, tās var saplūst vienā zvaigznē. Šis vardarbīgais notikums uz laiku liek tām uzspīdēt spilgtāk, spožāk nekā jaunai zvaigznei, bet mazāk spoži nekā supernovai.
Veidošana
Lai gan ir iespējams, ka divzvaigznes var veidoties, kad viena zvaigzne iet ļoti tuvu otrai, tas ir ļoti maz ticams (jo patiesībā būtu vajadzīgas trīs zvaigznes, kas atrodas tuvu viena otrai, lai divas varētu apvienoties), un tas varētu notikt tikai vietās, kur zvaigznes ir blīvi saplūdušas kopā. Mūsu pašreizējā izpratne ir tāda, ka gandrīz visas divdzinējas zvaigznes veidojas kopā blīvās gāzes mākoņos, kur dzimst zvaigznes.
Bēgošie un jaunpienācēji
Iespējams (lai gan maz ticams), ka šķērsojoša zvaigzne izjauks divējādo sistēmu un radīs pietiekamu gravitācijas spēku, lai divnieks sadalītos. Šādas atdalījušās zvaigznes turpina dzīvot kā parastas atsevišķas zvaigznes. Tomēr dažreiz gravitācijas spēks ir pietiekams, lai abi pavadoņi viens no otra aizbēgtu ar lielu ātrumu, kā rezultātā veidojas tā sauktās bēgošās zvaigznes.
Dažreiz zvaigzne atrodas orbītā ap balto pundurzvaigzni. Ja tā ir pietiekami liela un pietiekami tuvu baltajam rūķim, rūķītis var iesūkt gāzes no sava pavadoņa atmosfēras. Laika gaitā uz baltā rūķīša var sakrāties daudz gāzu. Tā kā baltais rūķītis šo gāzi sablīvē ar savu gravitāciju, galu galā tajā notiks kodolsintēze, kā rezultātā radīsies ļoti spilgts gaismas uzliesmojums, ko dēvē par novu. Dažos gadījumos baltais rūķītis var uzkrāt tik daudz gāzes, ka sprādziens to pilnībā iznīcina, un to sauc par supernovu. Šāda notikuma rezultātā var rasties arī bēgošas zvaigznes, jo lielākajai zvaigznei vairs nav smaga pavadoņa, kas to notur orbītā.
X - staru binārie eksemplāri
Rentgenstaru binārpulkstenis rada lielu daudzumu rentgena starojuma. Tās rodas, masīvai zvaigznei apēdot mazāk masīvu zvaigzni. Mazākā zvaigzne kļūst par donoru, un tās matērija tiek izsūknēta un nonāk masīvākā (bet kompaktākā) zvaigznē - akretorā. Tā rezultātā izdalās augstas enerģijas fotoni, piemēram, rentgena staru viļņu garuma diapazonā. Rentgena stari rodas arī no masīvākās zvaigznes virsmas materiāla patēriņa procesā, ko sauc par termonukleāro degšanu. Tas var radīt 10 sekunžu eksplozijas.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir binārā zvaigzne?
A: Divzvaigzne ir divas zvaigznes, kas riņķo viena ap otru.
J: Kā sauc spožāko zvaigzni divžvaigžņu sistēmā?
A: Spilgtāko zvaigzni sauc par primāro zvaigzni.
J: Kas zinātniekiem ļauj noskaidrot divžubināro zvaigžņu masas?
A: Aplūkojot divzvaigžņu orbītas, zinātnieki var noskaidrot to masas.
J: Kāda ir atšķirība starp binārzvaigznēm un optiskām dubultzvaigznēm?
A: Bināro zvaigžņu zvaigznes ir tuvāk viena otrai un tās saista gravitācijas spēks, bet optiskās dubultzvaigznes var tikai izskatīties tuvu viena otrai, bet tās nesaista gravitācijas spēks.
J: Kas atklāja un pierādīja īstas divžublināras zvaigznes?
A: Viljams Heršels bija pirmais cilvēks, kurš atklāja un pierādīja īstas divžvaigžņu zvaigznes.
J: Ko darīja Džons Heršels saistībā ar divējādžubazvaigžņu atklāšanu?
A: Džons Heršels atrada vēl vairākus tūkstošus divžubaru zvaigžņu un papildināja katalogu, ko bija publicējis viņa tēvs Viljams Heršels.
Jautājums: Kas ierosināja, ka dubultzvaigznes varētu būt fiziski saistītas viena ar otru?
A.: Džons Mišels bija pirmais, kurš izteica pieņēmumu, ka dubultzvaigznes varētu būt fiziski saistītas viena ar otru, 1767. gadā apgalvojot, ka varbūtība, ka dubultzvaigzne ir radusies nejaušas sakritības dēļ, ir maza.
Meklēt