Tento kurz se zabývá fyzikou hvězdných soustav, včetně studia dvojhvězd, proměnných hvězd, hvězdokup, mezihvězdné látky, stavby a vývoje Galaxie a vesmíru.
Obsah kurzu
- Fyzika dvojhvězd
- Vývoj těsných dvojhvězd
- Fyzika proměnných hvězd
- Typy proměnných hvězd, příčiny proměnnosti
- Hvězdokupy a hvězdné asociace
- Kulové a otevřené hvězdokupy, O a T asociace
- Fyzika mezihvězdné látky
- Hvězdy v Galaxii
- Stavba Galaxie, dynamika, vznik a vývoj
- Hvězdy a vesmír
- Role hvězd ve vesmíru
- Stavba a vývoj vesmíru
Výuka probíhá formou 3 hodin klasických přednášek na hvězdárně a 1 hodiny cvičení týdně. Předpokladem pro zkoušku je zápočet za aktivní účast na cvičení.
Dvojhvězdy
Dvojhvězda je zdánlivě jediná hvězda, u které lepší rozlišovací schopnosti (např. dalekohledem nebo jinou astronomickou technikou) ukazují, že se jedná o dvojici těsně vedle sebe ležících hvězd.
Existují dva hlavní typy dvojhvězd:
- Optická dvojhvězda: Hvězdy jsou na obloze z pohledu pozorovatele na Zemi v těsné blízkosti, ale ve skutečnosti jde o dvě tělesa ve zcela různých vzdálenostech od Země a nejsou fyzicky propojeny. Náhodou se tedy hvězdy promítají blízko sebe ve stejném směru pohledu ze Země. Z tohoto pohledu jsou optické dvojhvězdy pro oblast výzkumu nezajímavé.
- Fyzická dvojhvězda: Dvojice hvězd, které jsou k sobě gravitačně vázány a obíhají kolem společného těžiště po eliptické nebo kruhové dráze. Jasnější, případně hmotnější, z obou hvězd se obvykle nazývá primární složka, druhá hvězda se potom nazývá sekundární složka.
Odhaduje se, že přibližně polovina všech hvězd má alespoň jednoho průvodce. Některé zdroje uvádí, že většina hvězd (až 80 %) v Mléčné dráze jsou fyzické dvojhvězdy nebo vícenásobné hvězdné systémy. Osamocené hvězdy, jako např. Slunce, jsou poměrně vzácné a tvoří asi 15 % všech hvězd.
Studium fyzikálních dvojhvězd a zvláštností jejich vzájemného ovlivňování, které může ovlivnit i vývoj jejich složek, je pro astrofyziku důležité, zejména v optické astronomii a od roku 1971 i v rentgenové astronomii. Pokud jsou složky dvojhvězdných systémů dostatečně blízko sebe, mohou si vzájemně gravitačně deformovat vnější hvězdné atmosféry. V některých případech si tyto těsné dvojhvězdy mohou vyměňovat hmotu, což může přivést jejich vývoj do stádia, kterého jednotlivé hvězdy nemohou dosáhnout. Příkladem těsných dvojhvězd jsou Sirius a Cygnus X-1 (Cygnus X-1 je známá černá díra).
Typy dvojhvězd podle způsobu pozorování
Fyzické dvojhvězdy se podle způsobu pozorování dělí na čtyři základní typy:
- Vizuální dvojhvězda: Dvojhvězda, u níž je úhlová vzdálenost mezi oběma složkami dostatečně velká na to, aby je bylo možné pozorovat jako dvojhvězdu v dalekohledu nebo interferometrem. Důležitým faktorem při detekci vizuálních dvojhvězd je rozlišovací schopnost pozorovacího přístroje a také relativní jasnost obou hvězd. Vizuální dvojhvězdy jsou velmi oblíbeným objektem také v amatérské astronomii.
- Astrometrická dvojhvězda: Relativně blízká hvězda, detekovaná technikou přesné fotografické nebo CCD astrometrie, která se pohybuje kolem určitého bodu na obloze s neviditelným společníkem. Poloha viditelné hvězdy se pečlivě měří a lze detekovat, že se mění v důsledku gravitačního vlivu jejího protějšku. Na přítomnost druhého tělesa lze tak usuzovat díky zřejmému oběžnému pohybu jejího jasnějšího průvodce rozborem periodických poruch jeho pohybu na obloze za delší období.
- Spektroskopická dvojhvězda: Hvězda, jejíž dvojí podstata se odhaluje díky periodickému posunu čar v jejím spektru, který je výsledkem známého Dopplerova jevu. V těchto systémech je vzdálenost mezi hvězdami obvykle velmi malá a oběžná rychlost velmi vysoká.
- Zákrytová dvojhvězda: Dvojhvězda, jejíž rovina oběžné dráhy je orientována tak, že dochází k pravidelnému vzájemnému zakrývání složek. Změny jasnosti takového systému v čase umožňují určit parametry oběžné dráhy.
Každá dvojhvězda může patřit do několika z těchto typů, například několik spektroskopických dvojhvězd je zároveň zákrytových.
Význam studia dvojhvězd
Pozorování dvojhvězd a určování jejich fyzikálních vlastností ukazuje, že se mohou vyskytovat ve velmi pestrých kombinacích. Formování hvězd ve dvojhvězdách je zřejmě snadnější, než vznik samostatných hvězd, a že hvězdy vznikají z mezihvězdného prostředí ve skupinách. Ve dvojhvězdách se totiž odstraňuje jedna z hlavních překážek volné tvorby nových hvězd, a totiž problém souvisejícím se zákonem zachování momentu hybnosti. Ve dvojhvězdách se tento moment, který by jinak zrodu jednotlivé hvězdy bránil, uloží do momentu orbitálního pohybu složek.
Dvojhvězdy jsou vlastně taková hvězdná dvojčata, hvězdy jež se zrodily současně a mají stejné stáří. Vzhledem k tomu, že se hvězdy zformovaly ve stejné části zárodečného oblaku, mají tedy totéž počáteční chemické složení, ale mohou se vyvíjet různě. Pozorování také ukazují, že složkami dvojhvězd mohou být téměř jakékoliv typy hvězd.
Planety obíhající kolem dvou hvězd: Ne všechny oběžné dráhy jsou si rovny
Studium dvojhvězd má v astronomii dlouhou tradici. Vzhledem k obrovským vzdálenostem mezi jednotlivými hvězdami v Mléčné dráze vidíme jen malé procento dvojhvězd jako dva oddělené světelné body. Většina dvojhvězd zůstává i v nejsilnějších dalekohledech nerozlišena a jeví se jako jediný světelný bod. Jejich dvojhvězdnou povahu pak nejčastěji zjistíme ze spektroskopických pozorování.
Dvojhvězdy se také často nachází ve vícehvězdných systémech - trojhvězdy, čtyřhvězdy a vyšší hvězdné soustavy. Mají-li být takové vyšší hvězdné soustavy dlouhodobě stabilní, musí to být vlastně podvojné soustavy tvořené dvojhvězdami nebo podvojnými soustavami.