Ε.Μ.Π. ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ & ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΔΙΠΛΟΙ ΑΣΤΕΡΕΣ ΕΥΓΕΝΙΑ ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ Επιβλέπων: ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΣ ΠΑΠΑΝΤΩΝΟΠΟΥΛΟΣ Ιούνιος 2012

Περιεχόμενα Αστέρας Δημιουργία διπλών συστημάτων Τύποι διπλών αστέρων Κίνηση των διπλών αστέρων Παραδείγματα Μοντέλο Roche Ταξινόμηση βασισμένη στο μοντέλο Roche 7i.Εξέλιξη των Ημιαποχωρισμένων Συστημάτων 8. Συμπέρασμα 9. Βιβλιογραφία

1. Αστέρας Τι είναι άστρο; Λαμπερό αέριο ουράνιο σώμα το οποίο δημιουργείται μέσα σε ένα νεφέλωμα όταν αυτό αρχίσει να καταρρέει κάτω από τη δύναμη της δικής του βαρύτητας. Τα άστρα παράγουν ενέργεια η οποία προκύπτει από τις πυρηνικές αντιδράσεις σύντηξης που συμβαίνουν στον πυρήνα τους. Star birth in the Carina Nebula

1. Αστέρας Πυρηνική Σύντηξη H → He → Be → C → O, Ne, Mg, Si, S, A, Ca → Fe Το στάδιο της παραγωγής του Fe αποτελεί και το τελικό στάδιο του αστέρα.

1. Αστέρας Κατάρρευση m και ρ > 10^10 gr/cm³ → ο πυρήνας αρχίζει να καταρρέει (σε T = 10^10K). Η καταστροφή συμβαίνει σε χρόνο δευτερολέπτου! Τα εξωτερικά στρώματα πέφτουν προς το κέντρο → δημιουργούνται καινούργιες πυρηνικές αντιδράσεις. Η ταχύτητα της διάδοσης της διαταραχής είναι ~ 10^7 m/sec Το αποτέλεσμα θα είναι είτε μια έκρηξη supernovae είτε ένας Αστέρας Νετρονίων είτε ένας Λευκός Νάνος είτε μια Μελανή Οπή.

1. Αστέρας Σχηματική αναπαράσταση

1. Αστέρας Χαρακτηριστικά Ηλικία: 1 – 13,7 δισ. Έτη Ηλικία: 1 – 13,7 δισ. Έτη Διαστάσεις: διάμετροι πάντα < 0΄΄,06 rad Μάζα: > 0,08 ηλιακές μάζες [=(1,98892 ± 0,00025) * 10^30 kg] μέχρι 150 ηλιακές μάζες ( R136a1 m=265 ηλιακές μάζες) Χρώμα- «Φασματικοί Τύποι»: Ο, Β, Α, F, G, K, M Η ταξινόμηση γίνεται με βάση την θερμοκρασία. Κάθε τύπος διακρίνεται σε 10 αριθμητικές επιμέρους υποκατηγορίες. Λαμπρότητα: 1 – 24 μεγέθη Οι αστέρες ενός μεγέθους είναι κατά 2,512 φορές λαμπρότεροι από εκείνους του επόμενου μεγέθους. Θερμοκρασία: 2.500Κ – 450.000Κ (10^7Κ στην κύρια ακολουθία) Πυκνότητα: 10^-2 (στην κύρια ακολουθία) – 10^6 g/cm^3

2. Δημιουργία Διπλών Συστημάτων Υπάρχουν δυο θεωρίες: Wide double stars Δυο γειτονικά άστρα, τα οποία λόγω των αμοιβαίων ελκτικών δυνάμεων περιστρέφονται το ένα γύρω από το άλλο, μπορούν να εξελιχθούν ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Τέτοια συστήματα αναπτύσσονται συχνά διότι τα αστέρια δημιουργούνται σε ομάδες. Close binary stars Όταν ένα αέριο σύννεφο συμπυκνώνεται, μειώνεται η ταχύτητα περιστροφής του. (Αρχή Διατήρησης Στροφορμής) Σε μια γρήγορη περιστροφή το σύννεφο αερίων πλαταίνει και μεταφέρει υλικό στο επίπεδο του ισημερινού. Έτσι δημιουργείται ένα διπλό αστέρι. Μπορούν να έχουν το ίδιο ή διαφορετικό μέγεθος.

3. Τύποι διπλών αστέρων Υπάρχουν δυο τύποι διπλών αστέρων: Τ περιφοράς < 100 ετών, οι μάζες είναι συγκρίσιμες μεταξύ τους. Οι αστέρες αυτοί σχηματίζονται κατά τη διάσπαση μια αέριας περιστρεφόμενης μάζας σε δυο σχεδόν ίσα μέρη. 2) Τ περιφοράς > 100 ετών, οι μάζες είναι ανεξάρτητες μεταξύ τους. Αυτοί οι αστέρες δημιουργούνται καθώς οι δυο (βαρυτικά δέσμιες) αέριες μάζες συμπυκνώνονται ανεξάρτητα λίγο-πολύ η μία από την άλλη.

4. Κίνηση των διπλών αστέρων Κινούνται σε ελλειπτικές τροχιές γύρω από το κέντρο μάζας. Η γεωμετρική μορφή της τροχιάς είναι σύμφωνη με τη θεωρία του Νεύτωνα: «Η δέσμια τροχιά διπλών άστρων είναι έλλειψη όταν την παρατηρήσουμε από το ένα άστρο, ενώ παρατηρητής που ακινητεί στο κέντρο μάζας βλέπει δυο ελλείψεις με όμοιο σχήμα αλλά διαφορετικό μέγεθος».

5. Παραδείγματα Οι αστέρες Σείριος Α και Β παλινδρομούν γύρω από μια ευθεία που διαγράφει την κίνηση του κέντρου μάζας στον χώρο.

5. Παραδείγματα

6. Μοντέλο Roche

7. Ταξινόμηση βασισμένη στο μοντέλο Roche Αποχωρισμένα Ζεύγη Ημιαποχωρισμένα Ζεύγη Φωτόσφαιρα: Πάχος: 500km Υφή: κοκκώδη Κόκκος: ακανόνιστο σχήμα, μέση διάσταση 2.000km Ζεύγη Επαφής

7i. Εξέλιξη των Ημιαποχωρισμένων Συστημάτων Σε ένα ημιαποχωρισμένο σύστημα το αποδεσμευμένο μέλος που απορροφά μάζα μπορεί να είναι : Κανονικό Άστρο Λευκός Νάνος Αστέρας Νετρονίων ή Μελανή Οπή

7i. Εξέλιξη των Ημιαποχωρισμένων Συστημάτων Αποχωρισμένο Μέλος: Κανονικός Αστέρας Υπογίγαντας (μεγαλύτερης μάζας, βαρύτερο) και Άστρο μικρότερης μάζας. Εξάντληση του Η → Διόγκωση → Μετατροπή σε Υπογίγαντα → αγγίζει το λοβό → Μεταφορά μάζας → Αύξηση/ Συρρίκνωση λοβών Roche → Σταματάει η Ταχεία Μεταβίβαση Μάζας (γίνεται πολύ γρήγορα) → Αργή Μεταβίβαση μάζας

7i. Εξέλιξη των Ημιαποχωρισμένων Συστημάτων Αποδεσμευμένο Μέλος: Λευκός Νάνος Εκπομπή ακτινοβολίας ← Εκρηκτικές Μεταβλητές: Κλασικές εκρήξεις Νόβα: Εκτίναξη κάποιας ποσότητας υλικού (10^-5 ηλιακές μάζες) Επανάληψη: 10^4 χρόνια Επαναληπτικές Νόβα: Επανάληψη: μερικές εβδομάδες έως > 100 χρόνια Μικρονόβα: Ελάχιστη έως καθόλου αποβολή υλικού Επανάληψη: μερικές εβδομάδες Λευκοί Νάνοι: Νεκρά Αστέρια m < 1,4 ηλιακές μάζες ρ ≈ 10^9 kg/m^3 R ≈ 6.371 km T = 15.000 – 30.000 K

7i. Εξέλιξη των Ημιαποχωρισμένων Συστημάτων Αποδεσμευμένο Μέλος: Λευκός Νάνος Κλασικές εκρήξεις Νόβα: Πηγή ενέργειας: θερμοπυρηνική έκρηξη στον Λευκό Νάνο Πώς ξεκινάει; Υλικό (Η) του άστρου → κατακάθεται στον θερμό Λευκό Νάνο (C, O) → Συσσώρευση αρκετού υλικού → Θερμοπυρηνική καύση Βίαιη έκρηξη → μπορεί να αναλώσει όλο το υλικό Μετά την έκρηξη → το σύστημα ηρεμεί → συσσωρεύει νέο καύσιμο → νέα έκρηξη

7i. Εξέλιξη των Ημιαποχωρισμένων Συστημάτων Αποδεσμευμένο Μέλος: Λευκός Νάνος Μικρονόβα: Ερυθρός Νάνος - Λευκός Νάνος Ερυθρός Νάνος: «ζωντανός» αστέρας m ≈ 7.5 – 57% ηλ. μάζας Τ < 3.500 Κ

7i. Εξέλιξη των Ημιαποχωρισμένων Συστημάτων Αποδεσμευμένο Μέλος: Αστέρας Νετρονίων ή Μελανή Οπή → Διπλή Πηγή Ακτίνων Χ Δυο κατηγορίες: (i) Συστήματα μικρής μάζας (Roche), [π.χ. Ηρακλής Χ-1(ύλη ~ 10^-9 ηλ. μάζες, Ε ~ 10^37 erg/sec, T = 10^8 K), Σκορπιός Χ-1] (ii) Συστήματα μεγάλης μάζας (αστρικός άνεμος), (π.χ. Κένταυρος Χ-3) Όταν το αποχωρισμένο μέλος είναι: (α) Αστέρας Νετρονίων: απορροφούμενη ύλη → Αστέρα Νετρονίων → Ακτίνες Χ (β) Μελανή Οπή: Συσσωρευόμενη ύλη θερμαίνεται → ακτίνες Χ Αστέρας Νετρονίων: m ≈ 1,5 ηλιακές μάζες R ≈ 10km Πυρήνας: Νετρόνια Εξ. Στρώματα: p + e T = 600 φορές/sec Κύκνος Χ-1

7i. Εξέλιξη των Ημιαποχωρισμένων Συστημάτων Αποδεσμευμένο Μέλος: Αστέρας Νετρονίων ή Μελανή Οπή → Διπλή Πηγή Ακτίνων Χ Τελική κατάσταση των διπλών πηγών ακτίνων Χ; γεμίζει ο λοβός → γρήγορη μεταβίβαση μάζας → η πηγή ακτίνων Χ καλύπτεται από επισκοτίζουσα ύλη → το άστρο «καταβροχθίζει» το συνοδό → αφήνοντας έναν αστέρα νετρονίων (ή μελανή οπή) (+δίσκο συσσώρευσης) Εάν το άστρο δεν διατηρήσει τη σύγχρονη περιστροφή του: δύο αντικείμενα σε έναν κοινό μανδύα – ελικοειδή τροχιά → ένα άστρο

8. Συμπέρασμα Η τελική κατάληξη των διπλών συστημάτων συγκριτικά με τους μεμονωμένους αστέρες είναι: Στα μεμονωμένα άστρα έχουμε: Συνολική Διάλυση / Λευκός Νάνος / Άστρο Νετρονίων / Μελανή Οπή Ενώ στα διπλά συστήματα έχουμε τη δημιουργία ΕΝΟΣ ΆΣΤΡΟΥ.

9. Βιβλιογραφία ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ Δομή και εξέλιξη του Σύμπαντος, Τόμος Ι, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης http://mustikoikosmoi.blogspot.gr/2011/10/1-cygnus-x-1.html http://www.pas.rochester.edu/~afrank/A105/LectureXII/LectureXII.html http://www.physics4u.gr/articles/2007/star_mass.html http://www.astronomia.gr/wiki/index.php?title=%CE%A6%CF%89%CF%84%CF%8C%CF%83%CF%86%CE%B1%CE%B9%CF%81%CE%B1 www.wikipedia.org

ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ ΠΟΛΥ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΟΧΗ ΣΑΣ