Меню

Что такое маяки вселенной

Цефеиды

Вселенная – невероятно огромное место. Если быть точнее, то это 46 миллиардов световых лет в любую сторону от нас! Но главный момент в том, что это лишь наблюдаемая часть, поэтому ученые полагают, что она намного больше.

Чтобы в этом разобраться, необходимо уметь измерять такие дистанции. Астрономия не стоит на месте и постоянно ищет новые методы работы. Кроме замеров красного смещения и исследования света, ученые также пользуются классом звездных небесных тел, который называют переменные цефеиды.

Что такое цефеиды

Хаббл запечатлел переменную звезду RS Кормы

Переменными именуют звезды, чья яркость колеблется. Цефеидами называют особый вид переменных. Их масса в 5-20 превышает солнечную. Но суть в том, что они пульсируют в радиальном направлении и меняют диаметр и температуру.

Лучше всего то, что пульсации связаны с абсолютной яркостью, которая меняется в конкретные периоды (1-100 дней). Если строить кривую блеска в зависимости от величины и периода, то она напомнит плавник акулы – внезапный пик, а затем снижение.

Класс звезд получил наименование от звезд Дельта Цефея. Анализ спектра выявил изменения температуры от 5500 К до 6600 К, а также диаметра

Использование цефеид в астрономии

Можно воспринимать цефеиды как маяки Вселенной. Связь между периодом колебания и светимостью очень полезна для расчетов дистанций объектов в космосе. Для этого используют формулу: m – M = 5 log d – 5. Здесь m – видимая величина (светимость), М – абсолютная, d – дистанция к объекту в парсеках. Переменные цефеиды можно увидеть и измерить на удаленности в 20 миллионов световых лет.

Соотношение периода и светимости для цефеид

Благодаря яркости и видимости можно отследить объекты рядом с ними. Если вспомнить о связи периодичности и яркости, то в виде цефеид получим полезный инструмент для расчетов масштабов Вселенной.

Классы цефеид

Существует два главных подкласса цефеид: классические и цефеиды II типа. Первые – население I (богатые на металл), превосходящие солнечную массу в 4-20 раз и в 100000 раз ярче. Они регулярно пульсируют в течение нескольких дней или месяцев.

Это желтые яркие гиганты или сверхгиганты (F6-K2), чей радиус меняется в миллионы км во время пульсации. Классические применяют для вычисления дистанций к галактикам в пределах Местной Группы и за ее чертой.

Цефеиды II типа – бедные на металл. Период пульсации охватывает 1-50 дней. Их возраст составляет 10 миллиардов лет и достигают половины солнечной массы. Они также делятся на BL Геракла (1-4 дней), W Девы (10-20 дней), RV Тельца (более 20 дней). Ими пользуются, если нужно вычислить дистанцию к галактическому центру, шаровым скоплениям и соседним галактикам.

Есть также аномальные цефеиды. Их периодичность составляет 2 дня (как RR Лиры), но они светятся намного ярче. Превосходят цефеиды II по массе, но возраст остается неизвестным. Есть небольшой процент переменных, которые пульсируют одновременно в двух режимах – «цефеиды с двойным режимом».

Наблюдения за цефеидами

Впервые переменную звезду нашел Эдвард Пиготт 10 сентября 1784 года. Он наткнулся на Эта Орла. Через несколько месяцев Джон Гудрик находит Дельта Цефея.

В 1908 году переменные звезды исследовали в Магеллановых Облаках. Генриетте Левитт удалось найти связь между периодом и яркостью классических цефеид. Свои записи с периодами 25 переменных звезд она опубликовала в 1912 году.

Изменение яркости цефеиды V1 в Мессье 31

В 1925 году Эдвин Хаббл сумел установить расстояние между галактикой Млечный Путь и Андромедой. Это был важный шаг, ведь до этого многие полагали, что наша галактика уникальна и дальше ничего нет. После замеров дистанции между Млечным Путем и другими галактиками, а также объединив их с красным смещением Весто Слайфера, Хаббл и Милтон Хьюмасон смогли вывести закон Хаббла. То есть, они доказали, что Вселенная расширяется.

В 20-м веке ученые занимались классификацией цефеид и выводили формулы, по которым можно измерить расстояние. Этим занимался Вальтер Бааде, который в 1940-х гг. вывел разницу между классическим цефеидами и типом II, основываясь на их размере, уровне светимости и возрасте.

Читайте также:  Самая старшая планета во вселенной

Ограничения цефеид

Эти небесные тела невероятно ценны, но и у цефеид, как переменных звезд, есть ограничения. Главное состоит в том, что связь периода и светимости у типа II может основываться на более низкой металличности, фотометрическом загрязнении и пока неизвестном эффекте, который газ и пыль оказывают на свет.

Это привело к тому, что постоянная Хаббла имела два разных значения, колеблющиеся между 60-80 км/с на 1 миллион парсеков. Современная космология пытается решить эту проблему, так как результат влияет на вычисление скорости расширения Вселенной и ее размера. Теперь вы знаете, почему цефеиды называют маяками Вселенной и используют для различных исследований.

Источник

Почему цефеиды называют маяками Вселенной и как ими пользуются астрономы

Интенсивная амплитуда колебаний светового излучения цефеид позволяет определять расстояние до них и использовать полученные данные в других расчетах. Именно по этой причине нередко цефеиды называют «маяками» Вселенной, почему астрономы наградили их таким красивым названием. Периодически на поверхности переменных звезд происходит нарушение равновесия тяготения и газового давления в атмосфере. В результате возникают пульсации, в ходе которых изменяется размер астрономического тела, возникают колебания температуры и интенсивности излучения. Установив связь между амплитудой и абсолютной яркостью, благодаря последней, можно вычислить расстояние до звезды.

В XX веке астроном Эдвин Хаббл (в его честь был назван один из самых известных телескопов) обнаружил Туманность Андромеды по свету переменных звезд и доказал, что наша Галактика – далеко не единственная звездная система во Вселенной. Полярная звезда, которая также является цефеидом, фигурирует во многих навигационных системах как один из основных ориентиров. Астрономические тела, встречающиеся во всех уголках космоса, в буквальном смысле были обречены стать своеобразными точками опоры и ориентирования при различных вычислениях. Нередко цефеиды называют маяками Вселенной и космоса, почему – ответ на этот вопрос очевиден: из-за очень высокой яркости и удобства использования их параметров в астрономических расчетах.

Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.

Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.

Другие обзоры и статьи о телескопах и астрономии:

Обзоры оптической техники и аксессуаров:

Статьи о телескопах. Как выбрать, настроить и провести первые наблюдения:

Все об основах астрономии и «космических» объектах:

Источник

Цефеида

Цефеиды — звезды, мощность излучения которых в десятки тысяч раз больше, чем у Солнца. Это желтые сверхгиганты, температура их поверхности в среднем примерно такая же, как и у Солнца. Интересны прежде всего тем, что светимость цефеид меняется строго периодически — от суток до месяца. В максимальном блеске типичная цефеида становится ярче на одну — две звездные величины, что соответствует увеличению мощности излучения по сравнению с минимальным блеском примерно в 2,5—6 раз.

Где их можно найти

Сейчас в нашей Галактике известно несколько сот цефеид, еще несколько тысяч обнаружены в других галактиках. Благодаря цефеидам астрономы научились определять расстояния до других галактик. Не случайно цефеиды называют маяками Вселенной. Цефеиды — сравнительно молодые звезды, в Галактике они заметно концентрируются к ее плоскости и встречаются в рассеянных звездных скоплениях. А вот весьма многочисленные звезды другого типа пульсирующих переменных, звезды типа RR Лиры, в своем большинстве принадлежат к числу самых старых звезд. Их концентрация в галактической плоскости незначительна, зато этих звезд очень много в направлении на центр Галактики и в некоторых шаровых звездных скоплениях, являющихся самыми старыми известными в Галактике образованиями (их возраст превышает 10 млрд. лет).

Почему меняют светимость

Причина изменения светимости цефеид — радиальные пульсации. Атмосферы цефеид то расширяются, то сжимаются. При сжатии атмосфера звезды разогревается, а при расширении охлаждается. Мы видим цефеиду наиболее яркой, когда она сравнительно небольшая, но горячая. Пульсации цефеид проявляются не только в изменениях блеска. Для любой постоянной звезды можно определить скорость, с какой она движется вдоль луча зрения (лучевую скорость). У цефеид, как показали наблюдения, лучевые скорости меняются с тем же периодом, что и блеск: звезда пульсирует, и мы видим, как варьируют скорости атмосферных слоев относительно земного наблюдателя.

Читайте также:  Нобелевская премия физика вселенная

Чем полезны

Измеряя переменность блеска цефеиды и ее лучевой скорости, можно довольно точно определить размеры звезды и их изменения в ходе пульсаций. Ученым удалось определить взаимосвязь периода переменности цефеид и их светимости: чем больше период переменности, тем больше энергии цефеида излучает в пространство за единицу времени. Вычислив мощность излучения по зависимости период — светимость, можно определить расстояние до цефеиды, а если она входит в звездную систему (звездное скопление, галактику), то и расстояние до этой звездной системы.

Зная период цефеиды, можно определить и ее возраст. В 60-е гг. XX в. советский астроном Ю. Н. Ефремов установил: чем больше период цефеиды, тем она моложе. Однако не следует думать, что блеск любой пульсирующей переменной звезды меняется строго периодически. Даже переменные типа Миры Кита, характеризующиеся довольно регулярным поведением, в точности не повторяют форму кривой блеска и продолжительность интервала между максимумами от одного цикла к следующему.

Источник

Квазары — маяки вселенной?

Квазары самые яркие, самые удалённые и одни из самых старых объектов в наблюдаемой вселенной. За беспрецедентную яркость квазары часто называют маяками вселенной. Кроме фантастической яркости, квазары удивляют астрофизиков своей переменностью. Они могут изменить свой блеск в 1000 раз за очень короткий промежуток времени (за год, за месяц, за неделю, за сутки). Самый переменчивый из обнаруженных квазаров меняет свой блеск за 200 секунд . Такой набор качеств автоматически переводит квазары в разряд самых загадочных объектов вселенной. Не смотря на то, что версий объясняющих происхождение квазаров достаточно много, ни одна из них не предлагает полную и ясную модель происхождения квазаров. Поэтому современная астрофизика благоразумно оставляет этот вопрос открытым и продолжает накапливать наблюдения за квазарами. В качестве рабочей гипотезы, с которой согласны большинство исследователей квазаров, объясняющей феномен этих объектов, принято предположение о наличии в ядрах молодых и активных галактик гигантских чёрных дыр. Согласно этой гипотезе, механизм свечения квазаров объясняется перемещением вещества в аккреционных дисках сверхмассивных чёрных дыр. Вещество, падающее под действием гравитации в чёрную дыру, испытывает огромное трение (из-за вязкости газа в аккреционном диске), поэтому нагревается до очень высоких температур и начинает генерировать излучение высоких энергий с переменной яркостью . Если с такой модели «снять обёртку» в виде активной галактики, то в качестве источника переменной яркости квазара останется «голая» чёрная дыра. Но в этом случае механизм свечения квазаров ни чем не отличается от точно такого же механизма формирования джетов чёрных дыр. В принципе, вспоминая бритву Оккамы, ничего плохого в этом нет. Если природа один раз нашла хорошее решение, почему бы не повторить его снова в схожей ситуации? Но беда в том, что яркость квазаров и яркость джетов чёрных дыр отличается на несколько порядков. При этом яркость джета чёрной дыры сконцентрирована в очень узком луче вдоль её оси вращения. Яркость квазаров распространяется равномерно во всех направлениях. Такие различия трудно объяснить исключительно гигантскими размерами чёрных дыр в окрестностях квазаров. Объективные наблюдения за более близкими чёрными дырами и их джетами однозначно свидетельствуют, что максимальная яркость джетов чёрных дыр находится в радиодиапазоне. Почему спектры излучения чёрных дыр квазаров должны принципиально отличаться от спектров излучений обычных чёрных дыр – не понятно? Это уже явно противоречит принципу универсальности законов природы. Наконец, последним и самым сильным контраргументом против аккреционной светимости квазаров является тот факт, что у всех квазаров одновременно с их необъяснимой яркостью наблюдается точно такой же джет, как и у обычных чёрных дыр. В связи с этим можно предположить, что настоящей причиной феноменальной яркости квазаров являются не чёрные дыры, ну или по крайней мере, не перемещение (трение) вещества в их аккреционных дисках.

Читайте также:  Современные методы развития вселенной

Давайте ещё раз вспомним, что чёрная дыра это тор , который вращается, чтобы сбросить «лишнюю» энергию сжатия. Чем определяется скорость вращения такого тора? Ответ достаточно очевиден – силой гравитационного сжатия, действующей на вещество чёрной дыры. Чем больше масса чёрной дыры, тем больше угловая скорость её вращения. Но угловая скорость не может расти бесконечно. Как только она достигнет скорости света, чёрная дыра начнёт излучать со своей поверхности частицы вещества (гравитоны), которые полетят во все стороны от чёрной дыры светящимся веером. Сбросив таким образом часть своей массы, чёрная дыра на какое-то время замедлит скорость своего вращения и вновь начнёт работать космическим «пылесосом», собирая материю из окружающего пространства. Периодичность этого процесса зависит от количества вещества в окрестностях чёрной дыры. Чем больше материи, тем быстрее чёрная дыра наберёт критическую массу и начнёт опять излучать гравитоны, озаряя окрестности той самой феноменальной яркостью.

Разглядывая представленную выше картинку, зададимся простым вопросом. А что будет, если количество вещества, поступающего на вход чёрной дыры, будет стабильно превышать рост её угловой скорости? В том случае, когда объём сбрасываемого чёрной дырой вещества будет стабильно меньше поглощаемого, угловая скорость вращения чёрной дыры просто обязана расти! Т.е. чёрная дыра начнёт вращаться со скоростью превышающей скорость света! Как долго это может продолжаться? Ответ лежит на поверхности — до тех пор, пока скорость вращения внутренних областей тора не сравняется со скоростью света. Ровно в этот момент центробежные силы разорвут чёрную дыру на части, разбрасывая всё вещество чёрной дыры в окружающее пространство, так как всё вещество чёрной дыры будет разогнано до её второй космической скорости. Даже самые приблизительные оценки количества энергии, высвобождаемого в результате такого взрыва, дают совершенно фантастические значения. Не поленитесь, подставьте в выражение E = mc^2 миллион солнечных масс. Такого количества энергии точно хватит для термоядерного синтеза всех элементов таблицы Менделеева. Следовательно, взрыв чёрной дыры это не что иное, как пресловутый большой взрыв – одномоментный акт творения всего и вся! Правда, из предложенной модели следует, что в результате взрыва конкретной чёрной дыры рождается не вся вселенная, а только какая-то локальная область этой вселенной. Но, согласитесь, так даже лучше. Не нужно придумывать, что было до большого взрыва и как из ничего появилось всё. В предлагаемой модели большой взрыв не совсем большой, а по меркам вселенной можно даже сказать — маленький. Но зато таких взрывов может быть бесконечно много и они очень хорошо описывают бесконечный процесс круговорота материи в природе и расширение вселенной.

Не правда ли, вырисовывается вполне симпатичная картина устройства мира. В которой вселенная бесконечна во времени и пространстве. Для её сотворения не требуется божественный акт одномоментного создания всей материи из пустоты. Круговорот материи во вселенной, подчиняющийся некой цикличности, осуществляется простым и понятным способом. Кстати, характеристики цикличности жизненного цикла чёрных дыр ещё предстоит найти. Что касается вопроса вынесенного в заголовок статьи, то ответ на него достаточно прост. Квазары это чёрные дыры на финальной стадии своего существования. Причём частота изменения яркости квазара свидетельствует о его возрасте. Чем меньше период смены яркости квазара, тем ближе его чёрная дыра к «большому взрыву». На самом последнем этапе своего существования чёрная дыра квазара светится непрерывно. И это можно считать ещё одним замечательным проявлением гармонии природы — самые тёмные и невидимые объекты вселенной — чёрные дыры, в конце своей жизни превращаются в самые яркие её объекты. Таким образом, квазары действительно можно сравнить с маяками вселенной, предупреждающими космических путешественников об опасности поджидающей всех, кто осмелится приблизиться к такому маяку.

Источник