Vũ trụ học - Các biến Cepheid
Trong một thời gian rất dài, không ai coi các thiên hà hiện diện bên ngoài Dải Ngân hà của chúng ta. Năm 1924, Edwin Hubble phát hiệnCepheid’strong Tinh vân Tiên nữ và ước tính khoảng cách của chúng. Ông kết luận rằng những "Tinh vân Xoắn ốc" này thực chất là các thiên hà khác và không phải là một phần của Dải Ngân hà của chúng ta. Do đó, ông cho rằng M31 (Thiên hà Tiên nữ) là một Đảo vũ trụ. Đây là sự ra đời củaExtragalactic Astronomy.
Cepheid's cho thấy một periodic dip in their brightness. Các quan sát cho thấy rằng khoảng thời gian giữa các lần lặn liên tiếp được gọi là chu kỳ xung có liên quan đến độ sáng. Vì vậy, chúng có thể được sử dụng làm chỉ số khoảng cách. Các ngôi sao thuộc dãy chính như Mặt trời đang ở trạng thái Cân bằng thủy tĩnh và chúng đốt cháy hydro trong lõi của chúng. Sau khi hydro được đốt cháy hoàn toàn, các ngôi sao di chuyển về phía Pha Khổng lồ Đỏ và cố gắng lấy lại trạng thái cân bằng.
Các ngôi sao Cepheid là các ngôi sao của Chuỗi chính đang chuyển tiếp từ các ngôi sao của Chuỗi chính sang Sao khổng lồ đỏ.
Phân loại Cepheids
Có 3 lớp rộng của các sao biến đổi xung động này -
Type-I Cepheids (hoặc Cepheids Cổ điển) - khoảng thời gian 30-100 ngày.
Type-II Cepheids (hoặc W Virginis Stars) - khoảng thời gian từ 1-50 ngày.
RR Lyrae Stars - khoảng thời gian 0,1-1 ngày.
Vào thời điểm đó, Hubble không biết về sự phân loại các sao biến thiên này. Đó là lý do tại sao đã có sự đánh giá quá mức về hằng số Hubble, do đó ông ước tính tuổi vũ trụ của chúng ta thấp hơn. Vì vậy, tốc độ suy thoái cũng được đánh giá quá cao. Trong Cepheid's, nhiễu động lan truyền hướng tâm ra ngoài từ tâm của ngôi sao cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng mới.
Mối liên quan giữa độ sáng và thời kỳ xung đột
Bây giờ chúng ta hãy thử tìm hiểu cơ sở vật lý của thực tế là chu kỳ xung cao hơn có nghĩa là độ sáng nhiều hơn. Xét một ngôi sao có độ sáng L và khối lượng M.
Chúng tôi biết rằng -
$$ L \ propto M ^ \ alpha $$
trong đó α = 3 đến 4 đối với sao khối lượng thấp.
Từ Stefan Boltzmann Law, chúng tôi biết rằng -
$$ L \ propto R ^ 2 T ^ 4 $$
Nếu R là bán kính và $ c_s $ là tốc độ âm thanh, sau đó là chu kỳ dao động P có thể được viết là -
$$ P = R / c_s $$
Nhưng tốc độ của âm thanh qua bất kỳ phương tiện nào có thể được biểu thị theo nhiệt độ như -
$$ c_s = \ sqrt {\ frac {\ gamma P} {\ rho}} $$
Đây, γ là 1 đối với trường hợp đẳng nhiệt.
Đối với khí lý tưởng, P = nkT, trong đó k là Boltzmann Constant. Vì vậy, chúng ta có thể viết -
$$ P = \ frac {\ rho kT} {m} $$
trong đó $ \ rho $ là mật độ và m là khối lượng của một proton.
Do đó, khoảng thời gian được cho bởi -
$$ P \ cong \ frac {Rm ^ {\ frac {1} {2}}} {(kT) ^ {{\ frac {1} {2}}}} $$
Virial Theorem cho biết rằng đối với sự phân bố ổn định, tự hấp dẫn, hình cầu của các vật thể khối lượng bằng nhau (như các ngôi sao, thiên hà) thì tổng động năng k của vật bằng trừ một nửa tổng thế năng trọng trường u, I E,
$$ u = -2k $$
Chúng ta hãy giả sử rằng định lý virial đúng với những ngôi sao biến thiên này. Nếu chúng ta xem xét một proton ngay trên bề mặt của ngôi sao, thì từ định lý virial, chúng ta có thể nói:
$$ \ frac {GMm} {R} = mv ^ 2 $$
Từ phân phối Maxwell,
$$ v = \ sqrt {\ frac {3kT} {2}} $$
Do đó, kỳ -
$$ P \ sim \ frac {RR ^ {\ frac {1} {2}}} {(GM) ^ {\ frac {1} {2}}} $$
ngụ ý
$$ P \ propto \ frac {R ^ {\ frac {3} {2}}} {M ^ {\ frac {1} {2}}} $$
Chúng tôi biết rằng - $ M \ propto L ^ {1 / \ alpha} $
Ngoài ra $ R \ propto L ^ {1/2} $
Vì vậy đối với β > 0, cuối cùng chúng tôi nhận được - $ P \ propto L ^ \ beta $
Những điểm cần nhớ
Các ngôi sao Cepheid là các ngôi sao của Chuỗi chính đang chuyển đổi từ các ngôi sao của Chuỗi chính sang Người khổng lồ đỏ.
Cepheid có 3 loại: Loại I, Loại II, RR-Lyrae theo thứ tự giảm dần của chu kỳ xung.
Thời gian tạo xung của Cepheid tỷ lệ thuận với độ sáng (độ sáng) của nó.