Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Обертання зірки



План:


Введення

Ілюстрація показує вид сплюсненої зірки Ахернар, викликаний швидким обертанням.

Обертання зірки - кутовий рух зірки навколо своєї осі. Швидкість обертання може бути виміряна по зсуві ліній в її спектрі або за часом руху активних елементів ("зоряних плям") на поверхні. Обертання зірки створює екваторіальну опуклість за рахунок відцентрових сил. Так як зірки не є твердими тілами, у них також може існувати диференціальне обертання. Таким чином, екватор зірки може обертатися з іншого кутовий швидкістю, ніж області у високих широтах. Ці відмінності в швидкості обертання усередині зірки можуть мати важливу роль в генерації магнітного поля зірок [1].

Магнітне поле зірки взаємодіє зі зоряним вітром. Так як зоряний вітер рухається від зірки, а магнітне поле взаємодіє з вітром, то в результаті цієї взаємодії кутовий момент передається від зірки вітрі, який поступово "забирає" його, і з часом цей перенос уповільнює швидкість обертання зірки.


1. Виміри

Якщо зірка спостерігається з боку її полюса, то деякі ділянки поверхні наближаються до спостерігача, а деякі видаляються. Компонент руху, який наближається до спостерігача, називається радіальної швидкістю. З ефекту Доплера, що наближаються до нас ділянки диска зірки викличуть зміщення ліній в її спектрі до фіолетового кінця, а віддаляються - до червоного. Зрозуміло, лінії одночасно зміститися в протилежних напрямках не можуть. Насправді частина лінії зміститься до одного кінця спектра, частина до іншого, в результаті чого лінія розтягнеться, розшириться. Саме по цьому розширенню і можна дізнатися, чи обертаються зірки навколо осей, причому зі зростанням швидкості обертання збільшується і ширина ліній в спектрі зірки [2]. Тим не менш, це розширення повинно бути ретельно відокремлено від інших ефектів, які можуть викликати збільшення ширини ліній у спектрі зірки.

Для гігантських зірок, атмосферні мікротурбулентності можуть призводити до розширення ліній значно більше, ніж обертання зірки, сильно спотворюючи сигнал. Тим не менш, альтернативний підхід може бути використаний при гравітаційного мікролінзування подій. Це відбувається, коли масивний об'єкт проходить перед більш віддаленій зіркою і діє як лінза, збільшуючи зображення [3].

Зірка на малюнку має нахил i до променя зору спостерігача на Землі, і швидкості обертання v e на екваторі.

Компонент радіальної швидкості залежить від способу полюса зірки до променя зору. Виміряне значення в довідниках завжди дається як v_e \ cdot \ sin i , Де v_e - Швидкість обертання на екваторі, а i - Нахил. Так як кут i відомий не завжди, то результат вимірювань завжди показує мінімальне значення швидкості обертання зірки. Тобто, якщо i не є прямим кутом, то фактична швидкість більше, ніж v_e \ cdot \ sin i [2]. Це значення також іноді називають передбачуваної швидкістю обертання. Середні значення екваторіальних швидкостей обертання визначають, припускаючи, що осі орієнтовані випадковим чином по відношенню до променя зору і використовують формулу: \ Overline {v_e \ cdot \ sin i} = \ pi / 4 v_e [4].

Якщо зірка показує високу магнітну активність, таку як "зоряні плями", то ці особливості також можна використовувати для оцінки швидкості обертання. Але оскільки плями можуть утворюватися не тільки на екваторі, а й в інших місцях, та ще й переноситься по поверхні протягом всього їхнього життя, то таке диференціальне обертання зірки може призводити до різних ефектів вимірювання [5].

Зоряна магнітна активність часто пов'язана зі швидким обертанням, тому цей метод також може бути використаний для вимірювання швидкості обертання таких зірок [6]. Спостереження "зоряних плям" показало, що ця активність може фактично змінювати швидкість обертання зірки, так як магнітні поля впливають на ток газів під поверхнею зірки [7].


2. Фізичні ефекти

2.1. Екваторіальна опуклість

Гравітація прагне перетворити небесне тіло в ідеальну сферу, у якій всі частини знаходяться якомога ближче до центру тяжіння. Але обертаються зірки мають несферіческую форму: одна з ознак подібної несферичності - екваторіальна опуклість. Коли з обертового протозоряні диска формується зірка її форма стає все більш і більш сферичної, але цей процес не йде аж до ідеальної сфери. На полюсах сила тяжіння призводить до збільшення стиснення, але на екваторі стисненню ефективно протистоїть відцентрова сила. Остаточний вигляд зірки після зореутворення має рівноважну форму, в тому сенсі, що сила тяжіння в екваторіальній області не може надати зірку, більш сферичну форму. Обертання призводить також до гравітаційному потемніння на екваторі, як описано в теоремі тло Цайпеля. (Ця теорема пророкує "потемніння", тобто різниця температур (іноді понад декілька тисяч градусів) між більш "прохолодною" екваторіальній областю і більше гарячими полюсами). Неврахування гравітаційного потемніння екваторіальних областей зірок може призвести до систематичного заниження швидкостей їх обертання [8].

Яскравим прикладом зірки з екваторіальної опуклістю є Регул (α Лева). Швидкість обертання цієї зірки на екваторі - 317 3 км / сек Це відповідає періоду обертання 15,9 години, що становить 86% від швидкості, при якій зірка буде розірвано на частини.

Екваторіальний радіус цієї зірки на 32% більше, ніж полярний радіус [9]. В якості прикладів інші швидкообертаючих зірок можна привести Вегу і Альтаїр.

Швидкість відриву (break-up velocity) - вираз, який використовується, щоб описати випадок, коли відцентрові сили на екваторі рівні силі тяжіння. Для стабільних зірок швидкості обертання повинна бути нижче цього значення [10].


2.2. Диференціальне обертання

Диференціальне обертання спостерігається на таких зірках, як Сонце, коли кутова швидкість обертання змінюється з широтою. Як правило, кутові швидкості зменшується зі збільшенням широти. Однак зворотне також було відзначено, наприклад, для зірки HD 31993 [11] [12]. Першою зіркою, після Сонця, для якої були виявлені деталі диференціального обертання була AB Золотої Риби [1] [13].

Основний механізм, який викликає диференціальне обертання є турбулентність конвекції усередині зірки. Конвективне рух переносить енергію до поверхні за рахунок руху плазми. Ця маса плазми несе частину кутовий швидкості зірки. При турбулентності відбувається зсув маси і моменту обертання, який може бути перерозподілений по різних широт через меридіональні струми [14] [15].

Взаємодія між областями, з різкими відмінностями швидкостями обертання вважаються ефективними механізмами для динамо-процесів, які генерують зоряне магнітне поле. Існує також складну взаємодію між обертанням зірки і розподілом її магнітного поля, з перетворенням магнітної енергії в кінетичну і відповідною зміною розподілу швидкостей [1].


3. Уповільнення обертання

Зірки формуються в результаті колапсу низькотемпературного хмари газу і пилу. Як тільки хмара сколлапсірует, закон збереження моменту імпульсу перетворює навіть невелике загальне обертання протяжного хмари у вельми швидке обертання компактного диска. У центрі цього диска формується протозірка, яка розігрівається за рахунок гравітаційної енергії колапсу.

У міру того як схлопування триває, швидкість обертання може збільшитися до точки, в якій аккреційний диск протозірки може розпадатися через дії відцентрової сили на екваторі. Таким чином, швидкість обертання повинна бути уповільнена протягом перших 100 000 років, щоб уникнути подібного сценарію. Одним з можливих пояснень гальмування може бути взаємодія магнітного поля протозірки із зоряним вітром. Стікаючи вітер відносить частину кутового моменту і сповільнювати швидкість обертання майбутньої зірки [16] [17].

Більшість зірок головної послідовності спектральних класів від F5 і O5 швидко обертаються [9] [18]. Для зірок у цього класу виміряна швидкість обертання збільшується з масою. Це збільшення обертання досягає максимуму у молодих, масивних зірок класу B. Так як очікувана тривалість життя зірки зменшується з ростом маси, то це може бути пояснено зниженням швидкості обертання з віком.

Параметри обертання зірок у залежності від спектрального класу
Спектральний
клас
v e
(Км / с) [19]
v max
(Км / с) [4]
v отр
(Км / с) [4]
R_ \ odot [20] t ср
(Час)
T ср
(Дн.)
Темні міжзоряні хмари, області зореутворення 1 - - - - -
O5 190 400 - 12 ~ 70 3
B0 200 420 630 6 35 1.5
A0 190 320 500 2,25 15 0,6
F0 100 180 450 1,6 20 0,8
F5 30 100 400 1,4 60 2,5
G0 4 100 400 1 300 12
K, M 1 - - 0,6 > 700 > 30
v e - середня швидкість обертання зірок у припущенні довільної орієнтації осей обертання; v max - максимальна спостерігалася швидкість обертання; v отр - швидкість відриву, при якій сила гравітаційного тяжіння на екваторі врівноважується відцентровою силою; R_ \ odot - Радіус зірки в радіусах Сонця; t ср і T ср - час звернення в годинах і днях відповідно.

Для зірок головної послідовності, зниження швидкості обертання може бути апроксимувати математичне співвідношенням:

\ Omega_e \ propto t ^ {- \ frac {1} {2}}

де \ Omega_e - Кутова швидкість на екваторі і t - вік зірки [21]. Це співвідношення називається закон Скуманіча (Andrew P. Skumanich), які відкрив його в 1972 році [22].

Гірохронологія (Gyrochronology) - визначення віку зірки на основі швидкості обертання, при якому результати калібрується на підставі інформації про Сонце [23].

Зірки повільно втрачають масу, яка закінчується за допомогою зоряного вітру з фотосфери. Магнітне поле зірки взаємодіє з викинутим речовиною, внаслідок чого відбувається постійна передача моменту імпульсу від зірки. Зірки зі швидкістю обертання більш ніж 15 км / сек і демонструють більш швидку втрату маси, а отже, швидше знижують швидкість обертання. Таким чином, при подальшому обертанні зірки відбувається зниження темпів втрати кутового моменту. В цих умовах, зірки поступово уповільнюються, але ніколи не зможуть досягти повної відсутності обертання [24].


4. Тісні подвійні системи

Тісними подвійними системами називають таку систему, в якій дві зірки обертаються один щодо одного на середній відстані, що має такий же порядок, що і їх діаметри. На таких відстанях починаються набагато складніші взаємодії ніж просто взаємне притягання. У таких системах мають місце, наприклад, приливні ефекти, перенесення маси і навіть зіткнення. Приливні взаємодії в тісному подвійній системі можуть призвести до зміни орбітальних і обертальних параметрів. Повний кутовий момент системи, зрозуміло, зберігається, але кутовий момент може передаватися таким чином, що виникають періодичні зміни між періодами обертання навколо одна одної і швидкостями обертання навколо своєї осі [25].

Кожен з членів тісній подвійній системі впливає на зірку-компаньйона через гравітаційна взаємодія. Однак опуклості можуть трохи відхилятися від перпендикуляра по відношенню до напрямку гравітаційного тяжіння. Таким чином, сила тяжіння створює обертовий момент на виступі, в результаті чого здійснюється передача кутового моменту. Це призводить до того, що система ставати нестабільною, хоча вона може наблизитися до стану стійкої рівноваги. Ефект може бути більш складним в тих випадках, коли вісь обертання не перпендикулярна до площини орбіти [25].

Для контактних або дуже тісних подвійних систем, передача маси від зірки до її супутнику може також привести до значної передачі кутового моменту. Аккрецируют супутник може досягти критичної швидкості обертання, коли почнеться втрата маси вздовж екватора [26].


5. Зіркові залишки

Після того як зірка закінчила виробництво енергії шляхом термоядерного синтезу, вона перетворюється в більш компактний, вироджений об'єкт. В ході цього процесу розміри зірки, значно знижується, що може привести до відповідного збільшення кутової швидкості.

5.1. Білий карлик

Білий карлик - зірка, яка складається з матеріалу, який є побічним продуктом термоядерного синтезу в першій половині її життя, але їй не вистачає маси, щоб знову запалити термоядерну реакцію. Це компактне тіло, яке підтримує своє існування за рахунок квантово-механічного ефекту, відомий як тиск виродженого газу, яке не дозволяє, зірку сколлапсіровать остаточно. В цілому більшість білих карликів мають низьку швидкість обертання, швидше за все, в результаті втрати кутового моменту, коли зірки-прародительки втратили свою оболонку [27]. (Див. Планетарна туманність.)

Повільно обертається білий карлик не може перевищувати межа Чандрасекара рівний 1,44 сонячної маси, не стаючи нейтронної зіркою чи вибухаючи як наднова типу Ia. Якщо білий карлик досягає цієї маси, наприклад, шляхом акреції або зіткнення, сила тяжіння буде перевищувати тиск, який чиниться виродженим газом. Однак, якщо білий карлик обертається швидко, то ефективна сила тяжіння зменшується в екваторіальній області, що дозволяє білому карлику перевищити межу Чандрасекара. Таке швидке обертання може відбуватися, наприклад, в результаті аккреции маси, що призводить до передачі кутового моменту [28].


5.2. Нейтронна зірка

Нейтронна зірка (в центрі) випускає потік випромінювання з магнітних полюсів. Потік описує конічну поверхню навколо осі обертання.

Нейтронна зірка є дуже щільним зоряним залишком, який в основному складається з нейтронів - частинок, які входять до складу атомних ядер, і не мають електричного заряду. Маса нейтронної зірки знаходиться в діапазоні від 1,35 до 2,1 мас Сонця. В результаті колапсу, новоутворені нейтронні зірки можуть мати дуже високою швидкість обертання, близько тисячі обертів на секунду [29].

Пульсари є обертовими нейтронними зірками, які мають сильне магнітне поле. Вузький пучок електромагнітного випромінювання виходить з полюсів обертових пульсарів. Якщо пучок направлений в сторону Сонячної системи, то вироблені пульсаром періодичні імпульси можуть бути зареєстровані на Землі. Енергія, яку випромінює магнітним полем поступово уповільнює швидкість обертання, в результаті чого імпульси старих пульсарів мають період в декілька секунд [30].


5.3. Чорна діра

Чорна діра являє собою об'єкт з гравітаційним полем, досить сильним, щоб не дати світлу можливості вирватися з його поверхні. Коли вони утворюються в результаті колапсу обертається масивної зірки, вони зберігають весь кутовий момент, який не був забрати у вигляді викинутого газу. Це обертання призводить до того, що ергосфера, навколишнє чорну діру набуває вигляду сплюсненого сфероїда. Деяка частина подає в чорну діру речовини може бути викинута, не потрапляючи в чорну діру. Коли відбувається цей викид маси, чорна діра втрачає кутовий момент (т. зв. "Процес Пенроуза") [31]. Швидкість обертання чорної діри може бути вище, ніж 98,7% швидкості світла [32].


6. Цікаві факти

  • У випадку, якщо б всі планети раптово впали на Сонце, то воно стало б обертатися в 50 разів швидше, ніж зараз, оскільки момент кількості руху всіх тіл повинен буде зберегтися, а маса всіх планет дуже мала в порівнянні з Сонцем [33].
  • Зірка π 5 Оріона обертається так швидко, що має форму тривісного еліпсоїда, зовні нагадує диню. Повертаючись до Землі різними сторонами, то більш широкої, то вузькою, вона змінює свій видимий блиск [34].

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Схема зірки
Зірки Хербіга (Ae / Be)
Зірки Середзем'я
Кремлівські зірки
Морські зірки
Морські зірки
Площа Зірки
Симбіотичні зірки
Орден Зірки
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru