Katedra fyziky FPV UKF v Nitre

-->

Hviezdne dvojčatá sa nazývali doteraz často dvojhviezdy, ktoré obiehajú okolo svojho spoločného ťažiska. Termín hviezdne dvojča sa však bude používať zrejme v inom zmysle. Kým dvojhviezdy môžu byť úplne odlišné čo do veľkosti, teploty (farby) a ostatných charakteristík, tak hviezdne dvojčatá budú označovať hviezdy, ktoré sú akoby jedna druhej z oka vypadli (ako jednovaječné dvojčatá). K tomu stačí, ako sa zdá, aby mali zhodné vyžarovacie spektrum (na každej vlnovej dĺžke žiaria rovnakou intenzitou). Obrázok ukazuje spektrum hviezdnych dvojčiat, ako ich nasnímal teleskop La Silla. Jedna z nich je vo vzdialenosti 40 parsekov (1 parsek = 3,26156 svetelného roka). Nakoľko sú dvojčatá, svietia rovnako intenzívne (z tej istej vzdialenosti sa zdajú byť rovnako jasné). V teleskope však vidíme rozdiel medzi ich jasom, čo je zapríčinené tým, že nie sú od nás rovnako ďaleko. Z rozdielu jasu vieme jednoducho určiť v akej vzdialenosti je od nás druhá z dvojčiat. To je v skratke popis novej metódy merania vzdialenosti hviezd, opublikovaná 4-ho septembra 2015.

Uznanie: Carolina Jofré

Staré pravidlá

     Už v 17-om storočí vedeli astronómovia, že šírenie svetla podlieha zákonu prevrátenej hodnoty druhej mocniny vzdialenosti:
ak dve (napr. aj rovnako veľké) žiarovky svietia rovnako intenzívne (majú rovnaký absolútny jas), a jedna je od nás dvakrát tak ďaleko ako tá druhá, potom tá vzdialenejšia svieti pre nás štyrikrát menej jasne, než tá bližšia. Ak poznáme vzdialenosť tej bližšej, vieme určiť aj vzdialenosť tej vzdialenejšej (a naopak). Tento zákon platí aj pre hviezdy a dáva veľmi presné výsledky.
     Problém je, že určenie vzdialenosti tej bližšej hviezdy je tiež problém (jedinú výnimku tvoria hviezdy vzdialené len pár sto svetelných rokov).
     Presnou a spoľahlivou metódou určenia vzdialenosti hviezd je metódou paralaxe. Tento jav si môže každý vyskúšať, stačí vykonávať kývavý pohyb do boku a pozorovať, ako bližšie predmety sa pohybujú na pozadí vzdialenejších predmetov. Táto metóda sa použila aj pre určenie vzdialenosti Slnka od Zeme, než existovali vesmírne sondy (pozorovaním prechodu Venuše pred Slnkom pozorovaný z dvoch vzdialených miest na Zemi). Táto metóda však má svoje obmedzenia. Čím sú pozorované hviezdy ďalej, tým je tento pohyb na pozadí (paralaxa) menší. Nepresnosť metódy rastie prudko vzdialenosťou a je použiteľná pre hviezdy, ktoré sú vzdialené maximálne len pár sto svetelných rokov (sonda Gaia zvýšila presnosť merania paralaxe 10 násobne a tým túto hranicu vysunula skoro 10 násobne, ale aj tak je použiteľná len v obmedzenom blízkom okolí).
     Hviezdy, ktoré sú výrazne ďalej než 1000 svetelných rokov, si vyžiadali iné metódy. Tie sú však závislé na na našich modeloch, ako hviezdy fungujú. Modely sa snažia určiť absolútny jas hviezdy na základe pozorovaných charakteristík hviezdy, ako teplota, gravitačné zrýchlenie na povrchu hviezdy, chemické zloženie a podobne. V niektorých špeciálnych prípadoch, keď hviezdy vybuchnú, tiež prezradia veľkosť svojho absolútneho jasu, ale znova sa jedná o modelovú závislosť.

Nová metóda hviezdnych dvojčiat

Nová metóda hviezdnych dvojčiat bola zverejnená 4-ho septembra 2015 (pred týždňom). Hneď na začiatok musíme povedať, že čo sa rozumie hviezdnym dvojčaťom. Nemá sa na mysli dvojhviezda. Dvojhviezdu tvorí dvojica hviezd, ktoré sú spútané gravitáciou a obiehajú okolo spoločného ťažiska. Môžu byť odlišné veľkosťou i teplotou (farbou, ktorá prevláda v ich svetle).
     Dve hviezdy tvoria hviezdne dvojča, ak majú identické spektrum. Ak svetlo Slnka rozložíme, vidíme dúhu. Každá farba svetla v dúhe má nejakú intenzitu. Tomu hovoríme spektrum (intenzita každej jednej farby). Naviac, túto intenzitu meriame aj mimo viditeľné pásmo svetla (teda v infračervenej aj v ultrafialovej oblasti). Ak dve hviezdy majú identické spektrum, potom tvoria hviezdne dvojča aj v prípade, že sú od seba na stovky svetelných rokov a netvoria dvojhviezdu.
     Novú metódu merania vzdialenosti vymyslela astronómka Paula Jofré. Myšlienka je veľmi jednoduchá. Spektrum hviezd závisí od veľkosti hviezd a tiež od ich veku. Zhruba povedané dve hviezdy začínajú svoj život z veľkej časti ako vodíkové mračno, ale ich vývoj ich rozlíši. Ak sú veľmi veľké (hmotné), sú aj veľmi horúce a svietia skôr modro. Ak sú moc malé, tak svietia skôr červene. Vo veľkých aj malých hviezdach prebiehajú termonukleárne reakcie, ktoré vytvárajú ďalšie a ďalšie prvky chemickej tabuľky prvkov - vidieť to v ich spektre ako prudké zmeny intenzity. Sú to ako otlačky prstov chemických prvkov. Veľké hviezdy vytvárajú nové chemické prvky prekotne rýchlo a v iných pomeroch, než pomaly horiace malé hviezdy.
     A to je základ myšlienky. Dve hviezdy len vtedy majú identické spektrum, ak sú rovnako veľké aj rovnako staré (približne rovnako staré). Pokiaľ tak je, potom hviezdne dvojčatá sú "rovnako intenzívne svietiace žiarovky". Ak vzdialenosť jednej z nich máme určenú (napr. pomocou paralaxe - čo nie je modelovo závislá metóda), potom vieme určiť aj vzdialenosť tej druhej.

Slnko a jeho dvojčatá

     Hľadať sa začalo medzi hviezdami typu Slnka - tieto hviezdy sa skúmajú intenzívne pri hľadaní exoplanét podobných Zemi.
     Medzi nimi našli 175 hviezdnych dvojčiat (párov hviezd), z ktorých aspoň vzdialenosť jednej z dvojice bola známa. Ukázalo sa, že nová metóda skutočne dáva správne výsledky, aj keď nepresnosť je okolo 7,5% (paralaxa predstavuje nepresnosť 3,5%). Na rozdiel od paralaxe však relatívna nepresnosť nerastie vzdialenosťou.
     Prečo je vôbec tak dôležité poznať skutočné vzdialenosti hviezd? Je nadmieru pravdepodobné, že k nim nikdy nedoletíme.
     Bez znalosti skutočných vzdialeností nevieme povedať ani to, aká veľká je v skutočnosti naša vlastná galaxia (Mliečna dráha), ani to, ako ďaleko sú od nás iné galaxie, aký veľký je Vesmír, a či Vesmír je skutočne takým miestom, ako si to dnes predstavujeme, a či sa skutočne tak vyvíjal, ako si to predstavujeme.

Čo je modelová závislosť?

Naša predstava o svete je model. V stredoveku sa predstavovalo, že Zem je plochá. Už v starom Grécku však dospeli k záveru, že Zem je guľatá. Eratostenés dokonca zmeral polomer Zeme v treťom storočí p.n.l.. Dopočul sa, že v lete, keď Slnko je najvyššie na oblohe, v Asuáne slnko dosvieti až na dno studne, teda svieti kolmo na povrch. V tom istom čase však v Alexandrii, ktorá je 5000 štadiónov (1 štadión mohol zodpovedať vzdialenosti 185 metrov, teda cca. 925 km) viac na sever, zvierajú lúče Slnka s vertikálou uhol 7°12'. Z týchto údajov odhadol obvod Zeme na 46 tisíc kilometrov. Tento údaj je však modelový. Pokiaľ by bol Eratostenés bol trval na plochej Zemi, dospel by k výsledku, že Slnko sa vznáša nad plochou Zemou vo výške 40 tisíc štadiónov (7300 km).
     Že Zem je guľatá však Gréci usudzovali aj z tvaru tieňa, ktorý vrhal na Mesiac pri zatmení Mesiaca (čím vyvracali tvrdenie Anaximenesa, ktorý tvrdil že Zem je plochá so štvorcovým pôdorysom). Pravda, Zem by mohla byť stále plochá s kruhovým pôdorysom.
     Modelových predstáv môže byť veľké množstvo, a rovnako ako v starom Grécku, aj v našej dobe sa prikláňame k tým modelom, ktoré dokážu vysvetliť čo najviac (ak nie všetky) pozorované javy. Znalosť skutočných vzdialeností vo vesmíre je preto naozaj z jedných základných požiadaviek poznania vesmíru.

    Čo je zákon prevrátenej hodnoty druhej mocniny vzdialenosti?
Odpoveď:

Ak intenzita žiarenia hviezdy vo vzdialenosti r je I₁, potom vo vzdialenosti R je

I₂=(I₁r²) / R².

je teda úmerná 1/R², inými slovami prevrátenej hodnote druhej mocniny vzdialenosti (R).
Zákon má svoj pôvod v zákone zachovania energie. Žiarenie ktoré hviezda vyžiari v danom okamihu, sa vzďaľuje od hviezdy rýchlosťou svetla a vytvára guľovú plochu s polomerom R. Dané množstvo energie sa tým rozkladá na ploche tejto gule. Plocha gule je

πR², kde (π=3,1415...)

a klesá so vzdialenosťou R ako 1/R².

.

-AT-

< Späť -- Úvodná stránka -- Ďalší >