Hydrostatická rovnováha rostoucí teplota jádra => jaderné fúze vodíku rychleji => roste teplota a tlak v jádru => prvotní kolaps zpomaluje až se zcela zastaví (působení gravitace a gradientu tlaku v rovnováze) gradient tlaku je v rovnováze s gravitací => hvězda se nerozpíná ani nesmršťuje; Energetická rovnováha přenos energie je v rovnováze s produkcí energie (ztráty způsobené vyzařováním jsou plně hrazeny z tvorby energie v jádře hvězdy) Ustavení rovnováh = mez pro 2 vývojové procesy: 1. Ustavení hydrostatické rovnováhy - konec fáze zrodu protohvězdy 2. Ustavení energetické rovnováhy - konec fáze před-HP (Pre-Main Sequence phase) HR diagram - stopa vývoje hvězdy Hvězda dosedne na hlavní posloupnost (HP) jako plně vyvinutá hvězda v hydrostatické i energiové rovnováze ale ZAMS = Zero-Age Main Sequence - hlavní posloupnost nulového stáří, počátek spalování vodíku v jádře TAMS = Terminal-Age Main Sequence - HP konečného stáří, konec hoření vodíku v jádře Temperature Hvězdy v najlepších letech = hvězdy na hlavní posloupnosti Slunce - v polovině doby života, cca polovina vodíku v jádře spálena (staré, dobré Slunce v rovnovážném stavu) stáří 4.6 miliardy let Hvézdy v nejlepších letech během pobytu hvězdy na HP: - průměr i zářivý výkon velmi zvolna roste - mění se chemické složení - nejvíce v centru At birth (a) Distance from center (km) (b) S loo o 50 CD CD CL After 5 billion years Helium - Core -"j Hydrogen Distance from center (km) (c) 5 100 cj to CD 'S 50 CD □L After 10 billion years Helium, Hydrogen 350,000 700,000 Distance from center (km) 40,000 20,000 10,000 Temperature změna složení Slunce v průběhu vývoje ©2011 Pearson Education, lne hvězdné „období klidu" - řádově 106 - 1010 let čas na hlavní posloupnosti tHP = 1010 (^j let (M v M0) čím má hvězda větší hmotnost, tím rychleji se vyvíjí! proč? hmotnost je určující pro centrální teplotu a tlak => rychlost jaderného hoření! větší hmotnost menší hmotnost vyšší tlak a teplota rychlejší jaderné reakce menší tlak a teplota pomalejší jaderné reakce KRATSI ŽIVOT DELSI ŽIVOT veličiny jednotky i 30 i 2,0 i 15 i i 10 i i 8 i i ó i i i 5 4 kK spekt 05 l BO i B5 i A0 i l FO i GO | i KO MO i ■ Mv i -4 i 1 -2 i i 0 ; 1 l r 4 i 1 i 6 S ■ i mag Mh i -S i i -6 i i -4 i 1 2 i i 0 1 2 i l 4 • 11 1 i 6 8 i i inag L 1 E5 i 1 E4 i i E3 i i E2 i i 10 i i 1 i i E-l Ls M i 30 20 i i i 10 5 ■ i i 3 • 1 2 1 1 i 0,6 R l 1 15 i 10 i i 5 ■ i 3^5 1 2 i \ 1 i i RS P 0,02 i OJ i 0,3 0;5 i 1 i 1 2 i tm"3 T i 1 E6 i l E7 i E8 i r E9 i E10 ■ 1 Eli i rok {B-V) -03 -0,2 OjO 0.2 i 0,5 i i mag Hvězdy hlavní posloupnosti. Tef efektivní teplota hvězdy, spektrální třída, My absolutní vizuální hvězdná velikost, Mb absolutní bolometrická hv. velikost, L zářivý výkon, M hmotnost, R poloměr, p střední hustota, t doba setrvání na hlavní posloupnosti, {B-V) barevný index Konec klidu na HP kdy k němu dojde? - až začne docházet palivo! v centru jen cca 5 % H -> výrazné snížení výroby energie ■ smrštění jádra místa s více H poklesnou hlouběji do teplejších míst může se zapálit H ve slupce kolem jádra - slupkové hoření vodíku Důsledky: - jádro hvězdy - nadále se smršťuje a zahřívá -> vyšší produkce energie ve slupce - obálka hvězdy - zvýšený tok energie zdola rozpíná se a chladne červený obr nebo veleobr stěhování v HRD vnitrní vrstvy se smršťují a zahřívají jádro s hořícím héliem Hvězdní obři a veleobři - ve fázi obra nebo veleobra - vývoj prudce zrychlí - výrazné změny parametrů - smršťování nitra hvězdy x rozpínání obálky - při centrální teplotě ~ 100.106 K - zažehnutí He -> C (3 a proces) - He záblesk (pro hvězdy M < 2.3 MQ) - v obálce silná konvekce - silný hvězdný vítr - hvězda nestabilní (ztráty 30 - 85 % hmoty) 100 F : současný poloměr - dráhy Zeme 3 i E o 10 odhození planělarní mlhoviny héliový záblesk smršťovaní - protohvězdy 10,000 - _ 100 I přechod k bilému , , .současnost..... trpaslíkovi 11111111111 ............... , i...... 0.01 .0001 - 0 5 10 12.1 12.2 12.3 12.3G50 12.3655 stáři Slunce [miliardy let] Změny velikosti Slunce v průběhu vývoje. Asymptotic giant branch Helium flash 100 R0 0.1 R0 30,000 10,000 6000 Surface temperature (K) 3000 Konečný osud hvězd Osud - je dán hvězdě „do vínku" - počáteční hmotnost Závěrečná stadia: LIFE PLANETARY SYSTEMS STARS RED GIANTS SUPERNOVÉ WHITE DWARFS NEUTRON STARS BLACK HOLES - stabilní (rovnovážná) - CT, BT, (NH, KH) - nestabilní (nerovnovážná) - novy, super- a hyper- Stabilní řešení Mpoč < 0.075 M0 - hnědý trpaslík -> vodíkový černý trpaslík 0.075 < Mpoč < 0.5 M0 - po vyhorení H v jádře -> héliový černý trpaslík máme důkazy? 0.5 < Mpoč < 11 M0 - zapálí se H a později i He - hvězdný vítr odnese obal, zůstává žhavé hutné CO jádro, Mj< - obálka - rozpínání - řádově km/s - za 10 000 až 50 000 let - planetární mlhovina - jádro - BT chladne -> černý CO trpaslík 10,000 100 0-01 0001 Planetary nebula 11 10 Horizontal branch e 00 R0 10Ro 13 White dwarf 1 R \ 1 1 0.1 R0 14 30,000 10,000 6000 '^3000 Surface temperature (K) M57 V naší Galaxii - jen asi 1500 planetárních mlhovin Proč tak málo? je to velmi krátké vývojové období Nestabilní řešení Mpoč > 11 M0 (ve stadiu obra M > 8 M0) nereagující vodík vodíková fúze heliová fúze uhlíková fúze kyslíková fúze neonová fúze ořcíková fúze kremíková fúze netečné železné jádro M poc - v jádru a ve slupkách se postupně zapalují další jaderné reakce až po Fe (1.4 M0 neutronová hvězda (řádově 10 km, M0) - uvolněná energie - výbuch supernovy- většina energie v neutrinech - supernova II - pulsar- nesouhlas rotační osy a osy mg. pole - rádiové pulsy, přísně periodické > cca 50 M0- Fe jádro Mj > 3 M0 => kolaps se nezastaví - vzniká černá díra - uvolněná energie - výbuch hypernovy - SN1998bw tt^ rímpíLrnK team TSiTRT r«-HHl.: Crnl: ľi I- ID Vi Ke Ľ v.....\ v_5 - 10o_0 I t / \ /' '1 Close-up of Torus IMAGO CASSIOPEvĽ, Historické supernovy supernovy viditelné pouhýma očima -jen šest během n.l. 383 - Sco 1006 - Lup - nejjasnější 1054 - Tau - nejslavnější - Krabí mlhovina s pulsarem 1572 - Cas - Tychonova supernova 1604 - Oph - Keplerova supernova 24. II. 1987 - Dor - LMC - v maximu 4 mag kdy vybuchne další supernova, kterou uvidíme pouhýma očima? Supernova z února 1987 LMC (vpravo je snímek téže oblasti před výbuchem). Kandidáti na supernovy Zvláštnosti vývoje těsných dvojhvězd těsná dvojhvězda - blízké složky, gravitací deformovaný tvar (výměna látky) zákrytová dvojhvězda - vzájemné zákryty jednotlivých složek typický představitel - např. p Per, p Lyr oddělená soustava dotyková soustava Vývojový paradox Algolu Algol - těsná zákrytová dvojhvězda => známe rozměry a hmotnosti složek dvojhvězdy 1. složka - žhavá hvězda hlavní posloupnosti (5 M0), 2. složka - chladný obr (1 M0) (!) v čem je paradox? dvojhvězda = současný vznik obou hvězd => více hmotná by měla být dál ve vývoji ALE NENÍ! Vysvětlení - pes požírá psa! John Crawford & Fred Hoyle - vývojový scénář - společný vznik => obě hvězdy v páru se vyvíjejí jako osamocené hvězdy - hmotnější hvězda - rychlejší vývoj => začne se rozpínat -> vzniká obr, ale prostor omezen! - Rocheův lalok („šaty, které začínají být obrovi těsné") - ekvipotenciální hladina deformována - vliv druhé složky a rotace => zploštělá kapka Vývojový paradox Algol u Star 1 Rotation of binary system ^---. n '""™^---. Star 2 Massive main-seqoence Solarmass /star (blue giant) \ sequence / \ / star \ ___, - Roche lobes (a) Detached binary Red giant Roche lobe (b) Rapid mašsTraŕísfer Low-mass red subgiant (c) Slow mass transfer sequence stay ""(bfue^iant) hmotnější složka vyplní Rocheův lalok - přetok hmoty k vývojově opožděné složce; na druhou složku přeteče až 80 % hmoty! =^> 2. složka nyní hmotnější (ale vývojově je opožděná - hvězda na HP) = stadium Algola nyní hmotnější hvězda zrychlí vývoj -> i ona se začne rozpínat -> vyplní svůj Rocheův lalok - přetok opačným směrem => pes pozírá psa Přetok hmoty hypotéza nebo prokázaný poznatek? teorie výměny hmoty mezi složkami těsných dvojhvězd - prvotní nedůvěra Mirek Plavec - jeden z prvních zastánců (v 60. letech 20. st.) Příčiny - hvězdný vývoj, rozpínání hvězd (složek dvojhvězdy) Průběh - i velmi rychlý, masivní - dopad - přímo na souputníka - do okolí - vznik akrečního disku, z něj hmota vypadává na souputníka, horká skvrna Důsledky (projevy) - změna periody oběhu, - změny jasnosti, projevy ve spektru Novy n^va 9 10 12 24 změna jasnosti - během několika dní se zjasní o 10 mag i více, a pak pozvolna (typicky během 40 dní) pokles na počáteční úroveň 1963 - Robert Kraft - novy = zvláštní typ těsných dvojhvězd 1 složka = bílý trpaslík - přetok hmoty na BT - pomalé (řád. 104 let) ukládání do povrchové vrstvy -> tlustá slupka na BT -> roste T, p -> zapálení termonukleární reakce -> výbuch - slupka zničena, BT zůstává - vše se může opakovat jiný scénář - symbiotické proměnné hvězdy - není třeba přetok přes L1 - stačí hvězdný vítr z červeného obra -> BT „vychytává" hv. vítr -> spad na BT Supernovy typu la ❖ vzniká v těsné dvojhvězdě (1 složka bílý trpaslík, kde ustaly jaderné reakce). ❖ standardní svíčky Mv = -19.3 mag, ale .... ■ massive star supernova • white dwarf supernova 50 100 150 200 250 300 350 400 time (days) t ' .'-Hli Vv. .1, f I. . h. I í . I' íl dva scénáře: -prenos hmoty ze souputníka na BT -> po překročení jisté meze => kolaps => exploze (1-2x1044 J) -BT splyne se souputníkem => překročení hmotnosti -> kolaps => exploze (1-2x1044 J) Rekapitulace vývoj hvězd = nevratný děj od plenek k dospělosti střední věk recyklace - opětovné použití látky - hvězdný vítr, supernovy... myslící prach supernov vývoj (osamocených) hvězd - určen změnami jejich chemického složení jaderné reakce - příčina změn chemického složení => příčina vývoje hvězd - hlavní zdroj energie hvězdy POZOR - probíhají v nitru => => stav jádra určuje zářivý výkon, celkovou stavbu a vývoj I Li Be 3 4 Na Mg II 12 K 19 Ca 20 Rb Sr 37 38 Cs Ba 55 56 Fr Ra 87 88 Sc 21 Y 39 Velký třesk Kosmické záření Ti 22 Zr 40 Hf 72 Umírající málo hmotné £ Srážky S neutronových I hvězd Nb Mo Tc Ru 41 42 43 44 ik, W Re Os 73 74 75 76 Exploze hmotných hvězd Exploze bílých trpaslíků V Cr Mn Fe Co 23 24 25 26 27 Rh 45 Ir 77 Ni 28 Pd 46 Pt 78 Cu 29 Ag 47 Au 79 Nestabilní izotopy vytvořené člověkem Zn 30 Cd 48 Hg 80 B 6 AI Si 13 14 Ga Ge 31 32 In 49 TI 81 Sn 50 Pb 82 N 7 P 15 As 33 Sb 51 Bi 83 O 8 S 16 Se 34 Te 52 Po 84 Br Kr 35 36 I 53 85 La Ce Pr 57 58 59 Ac Th Pa 89 90 91 60 61 92 93 62 94 Xe 54 At Rn 86 Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 63 64 65 66 67 68 69 70 71 Am Cm :.§Éli Cf Es Fm Md No 95 96 [lít!!! 98 99 100 101 102 103