شمع های استاندارد کیهانی

[پیام بهرام پور]

ستاره های متغیر به ستارگانی گفته می شود که در مرحله ای از زندگی خود قرار دارند که برونداد نور آنها به صورت واقعی برای مدتی به طور متناوب یا غیر متناوب کم و زیاد می شود.
ستاره های متغییر بر اساس برخی از ویژگی های خود از جمله دوره ی تناوب شدت نور خروجی خود به دسته های مختلفی تقسم بندی می شوند.
یکی از معروف ترین دسته های ستارگان متغییر، متغییر های rr- شلیاقی هستند.
علت به وجود آمدن:
هنگامي‌که سوخت ستاره تمام مي‌شود و دیگر هیدروژنی باقی نمي‌ماند که آن را بسوزاند ستاره در خود فرو مي‌ریزد مانند بادکنکی که هوای آن خالی شده است و وقتی که چگالی و گرمای آن در اثر فرو ریختن زیاد مي‌شود فشار رو به بیرون به آن وارد مي‌شود و تا جایی که گرانش ستاره اجازه بدهد منبسط مي‌شود و زمانی که گرانش ستاره جلوی انبساط را بگیرد دوباره منقبض مي‌شود و این کار تا مدت‌ها ادامه مي‌یابد.
حداکثر سرعت انبساط و انقباض این ستاره‌ها زمانی است که به اندازه‌ي متوسط مي‌رسند و حداقل آن زمانی است که به مینیموم و ماکزیموم اندازه مي‌رسد.
«متغير‌هاي rr شلياقي» ، دارای دوره‌ي تناوب‌های چند ساعته تا یک روزه هستند و قدر مطلق آنها 0/6 است (در برخي از موارد مي‌توان آن را صفر فرض كرد) و از قیفاووسی‌ها فراوان‌تر هستند و جرم آنها باید از كوچك‌ترین متغییرهای قیفاووسی‌ها نیز کمتر باشد.
هنگامي‌که ستاره به غول سرخ تبدیل شد، ممکن است که به فاز rr شلیاقی برود.
در حدود 30000 ستاره از اين نوع كشف شده است، نخستين ستاره‌اي كه از اين نوع ستارگان متغير كشف شده است در صورت فلكي شلياق قرار داشت،‌ به همين دليل اين‌گونه متغير‌ها به متغير‌هاي شلياقي معروف شدند.
از طیف این ستارگان مي‌توان فهمید که در آنها عناصر سنگین به ندرت دیده مي‌شود.
این نوع متغير‌ها را در خوشه‌های کروی و در‌هاله‌ي کهکشان خودمان مي‌توان یافت. این ستارگان در نواحی یافت مي‌شود که عمر ستارگان این نواحی چیزی در حدود چند میلیارد سال است. ستاره تنها در صورتی به متغير rr شلیاقی تبدیل مي‌شود که که جرم آن مقداری خاص باشد. در بيشتر این متغير‌ها عناصر سنگین کم است و از گونه‌ي طيفي a و يا f هستند.

حالا به نظر شما چرا به این ستاره های متغییر گفته می شود شمع های استاندارد کیهانی؟

[Ehsan]

خوب تا این جا مفهومِ شمعِ استاندارد شرح داده شد، شمع ِ استاندارد در یک کلام یعنی لامپِ 100 وات یعنی لامپی که من می‌دونم در هر ثانیه 100 ژول انرژی تابش می‌کنه (البته این دروغه یعنی لامپِ 100 وات عملا فقط 5 تا 10 واتش رو در طولِ موجِ مرئی بیرون می‌فرسته و بقیه‌اش تو فروسرخ هستش! ولی فعلا فرض کنید همه ی این 100 وات رو بشه آشکار کرد)

خوب حالا که معلومه که چه قدر انرژی تو هر ثانیه می‌فرسته بیرون، وقتی انرژی‌ لامپ (که در واقع نورِ لامپ هستش) رو دریافت می‌کنیم طبیعاتا می‌تونیم با اندازه گیری شدتِ اون بفهمیم که فاصله ی ما تا لامپ چه قدر بوده چون در اثرِ فاصله ی ما تا لامپ، شدتِ نورش افت می‌کنه و عملا در فواصلِ دروتر مقدارِ کمی انرژی به ما میرسه.

حالا توی اخترفیزیک و نجوم فرایندهایی وجود دارند که گسیلِ نور ِ اون ها (به دلایلِ متنوعی) در همه ی شرایط ثابته و از این طریق ما می‌تونیم یک شمعِ استانداردِ کیهانی داشته باشیم که یکی از این شمعها هم معرفی شد:

متغییر های rr شلیاقی، حالا این همه ی شمعهای استاندارد هستش؟! نه!

[Ehsan]

داستان از یک خانمِ کوشا (هنریتا لیویت) شروع می‌شه که طیِ پروژه‌ای شروع می‌کنه به رصد و دسته‌بندی ستارگانِ متغیرِ قیفاووسی در ابرِ ماژلانی. نکته ی قضیه چیه؟ چون همه ی متغیرهای قیفاووسی در ابرِ ماژلانی فاصله ی ثابتی از ما دارند بنا بر این ستاره‌هایی که کمنورتر باشن واقع درخشندگی کمتری هم دارند. بعد از کلی بررسی این خانمِ قصه ی ما میاد نمودارِ میانگینِ درخشندگی این متغیرها رو بر حسبِ دوره ی تناوبشون رسم می‌کنه و یک نکته ی جالب می‌بینه، همه روی یک خط هستند!

این خیلی عجیبه اما جالبتر از اون اینه که وجودِ این رابطه به ما اجازه می‌ده که با رصدِ دوره ی تناوبِ تغییرِ قدرِ یک متغیر قیفاووسی به راحتی بفهمیم که درخشندگی ذاتی این متغیر چقدره و با مقایسه با روشنایی که ازش می‌بینیم بفهمیم که فاصله‌اش از ما چه قدره و این هم یک شمعِ استانداردِ دیگه

[Ehsan]

دو تا از شمعهای استانداردی که تا الان معرفی کردیم هر دو ستاره‌ی متغیر بودند. عجبا که ستاره‌ای با درخشندگی متغیر شده یک شمعِ استاندار با درخشندگی استاندارد! اما چرا؟

هر ستاره‌ای در حالتِ عادی می‌تونه نوسان کنه. درست مثلِ یک نخ.

علتِ نوسانِ ستاره ناپایداری تعادلِ گرانشی-تابشی ستاره هستش، در بازه‌هایی درخشندگی ستاره خیلی بیشتر از گرانشه و لایه ها رو به بیرون پرتاب می‌کنه و ستاره بزرگ میشه

همزمان با بزرگ شدنِ ستاره فشار و دمای مرکز کم میشه و ستاره سرد و کمنور میشه، وقتی ستاره به بزرگترین حالتِ خودش میرسه آن قدر کمنور شده که تابش دیگه نمی‌تونه در برابرِ گرانش مقاومت کنه و لایه‌های ستاره سقوط می‌کنند و دما و فشارِ ِ مرکزِ ستاره بالا میره و نرخ تولیدِ انرژی سریعتر میشه تا اونجایی که تابش دوباره از گرانش قوی‌تر میشه و داستان همین طوری ادامه داره!

ما می‌دونیم که هر نخی رو ول کنید به صورتِ طبیعی نوسان نمی‌کنه، اما اگر نخی رو پیداد کردید که داره به صورتِ طبیعی نوسان می‌کنه می‌تونید با دونستنِ طولِ نخ، چگالیِ نخ و نیرویی که نخ باهاش کشیده شده دوره ی تناوبِ نوسانِ نخ (و یا به صورتی معادل فرکانسِ تناوب) رو حساب کنید.

ستاره هم دقیقا همین‌طوری هستش و ستاره ای که داره به صورتِ طبیعی نوسان می‌کنه دوره ی تناوبش دقیقا به چگالی، جرم و اندازه ی ستاره بستگی داره چون دقیقا نوسانش از جنسِ نوسانِ نخ هستش (یعنی نوسانِ مکانیکی یا اصطلاحا آکوستیکی) و خوب! ستاره‌ای هم که دوره ی تناوبش مشخص باشه یعنی جرم و چگالی اندازه و درخشندگی‌اش هم مشخصه و این وجودِ رابطه بینِ درخشندگی و دوره ی تناوبِ ستارگانِ متغیر رو توجیه می‌کنه.

به خاطرِ همین شرایطِ خاصِ فیزیکی که برای نوسان لازم هستش، ستاره های متغیر ِ ذاتی روی یک نوار در نمودارِ هرتس‌اسپرانگ-راسل قرار دارند که بهش می‌گن نوارِ ناپایداری:

اخترفیزیک‌دوست نوشت: لازمه بگم که با شرایطِ ثابتی که گفتم یعنی چگالی و طول و نیروی ثابت، باز هم میشه دید که یک فرکانسِ یکتا برای نخ وجود نداره و ضرایبِ ثابتی از پایینترین فرکانس هم ممکنه به صورتِ طبیعی نوسان کنند و اصطلاحا می‌گن نوسان مدهای بالاتری هم داره (درست مثلِ نت‌های خاص و بالاتری که از یک پیانو یا سنتور بیرون میاد)

رشته ی خاصی در اخترفیزیک هست به اسمِ لرزه شناسی خورشید که یکی از کارهای جالبشون پیدا کردنِ این فرکانسهای بالا (نت‌های زیر ) در خورشید هستش

[مداد رنگیهام]

سلام با توجه به اینکه اصلی ترین کاربرد شمع های استاندارد فاصله سنجی است دو تا موضوع برام مطرحه:
تو متغیر های قیقاووسی یا سایر شمع ها میایم براشون نمودار قدر یا روشنایی رسم میکنیم و بر اساس اینکه هر چه قدر شمع استانداردمون دورتر بشه میزان قدر ظاهری اون بیشتر میشه و روشناییش کمتر، برای محاسبه فاصله کهکشان های دیگه میایم نمودار قدر ظاهری جدید رو هم رسم میکنیم و فاصله رو محاسبه میکنیم.

تو این نمودار خانوم لیویت دوره تناوب رو بر اساس قدر ظاهری ستاره ها در ابر ماژلانی مرتب کردن؟یا قدر مطلق؟اگه این نمودار بر اساس قدر ظاهری باشه وقتی میایم از این رابطه برای فاصله سنجی استفاده میکنیم در واقع داریم فاصله رو بر اساس فاصله ابر ماژلانی بدست میاریم یعنی اگه درخشندگی یک چهارم بشه فاصله میشه دوبرابر فاصله ابر ماژلانی از زمین . پس لازم بوده قبلش از طریق دیگه ای فاصله ابر ماژلانی از زمین رو محاسبه کرده باشیم درسته؟

دومین موضوع که پیش میاد نمودارهایی هست که بر اساس قدر مطلق رسم میشن مثل R-H قدر مطلق یک ستاره رو چه جوری حساب میکنن و ازش تو این نمودار ها استفاده میشه؟منظورم اینه که من تا زمانی که نمیدونم فاصله ده پارسکی کجا میشه چه طور میتونم بفهمم درخشندگی ستاره ها در این فاصله چه مقدار هست که بیام واسش نمودار رسم کنم...به زبان دیگه اولین بار فاصله ستاره ها رو محاسبه کردن بعد اومدن براشون قدر مطلق رو حساب کردن یا اول از روشی به غیر از فاصله سنجی و محاسبه قدر بر اساس رصد، اومدن قدر مطلق رو حساب کردن و ازش برای فاصله سنجی استفاده کردن؟! (جریان مرغ و تخم مرغ شد )

آقا قذر مطلق ستاره به چی بستگی داره؟!

[Ehsan]

[FONT=Tahoma]سلام با توجه به اینکه اصلی ترین کاربرد شمع های استاندارد فاصله سنجی است دو تا موضوع برام مطرحه:
تو متغیر های قیقاووسی یا سایر شمع ها میایم براشون نمودار قدر یا روشنایی رسم میکنیم و بر اساس اینکه هر چه قدر شمع استانداردمون دورتر بشه میزان قدر ظاهری اون بیشتر میشه و روشناییش کمتر، برای محاسبه فاصله کهکشان های دیگه میایم نمودار قدر ظاهری جدید رو هم رسم میکنیم و فاصله رو محاسبه میکنیم.

........

آقا قذر مطلق ستاره به چی بستگی داره؟!

البته اون نمودارِ اصلی خانم لویت نیست! ایشون اون زمان به کامپیوتر دسترسی نداشتن ولی خوب دقیقش این طوری بوده که در اولین قدم به رابطه ی روشنایی با دوره ی تناوب پی بردند و بعدش دو تا راه پیشِ رو بود:
1 فاصله‌ی متغیرهای قیفاووسی نزدیک رو میشه با اختلاف منظر حساب کرد و نمودارشون رو به دست آورد و بعد با نمودارِ ابرِ ماژلانی مقایسه کرد، این طوری فاصله ی ابرِ ماژلانی هم حساب میشه
2 قبلا به روشهای مختلفی فاصله ی ابرِ ماژلانی رو حساب کردند و نمودار رو تبدیل به درخشندگی کردند (تو این نمودار محور عمودی درخشندگی‌ هستش)

در موردِ نمودارهای قدرِ مطلقی هم داستان همینه که اول برای ستارگانِ نزدیک که با اختلاف منظر میشه فاصله‌شون رو به دست آورد، این نمودارها رو رسم می‌کنند و بعد تعمیم می‌دن به بقیه ی ستارگان (در موردِ مثالِ خاصی مثلِ رشته ی اصلی، حتی میشه با اخترفیزیک محلِ دقیقِ رشته ی اصلی رو حساب کرد، و بعد با رصدِ خوشه ای که همه ی ستارهاش در یک فاصله از ما قرار دارند و مقایسه ی اون با رشته ی اصلی محاسبه شده فاصله ی خوشه رو حساب کرد )

قدرِ مطلق فقط به درخشندگی ذاتی بستگی داره

[مداد رنگیهام]

بعد از ستاره های متغیر نوبت به شمع دیگه ای میرسه که تو این پست قراره توضیحش بدیم نو اختر و ابرنو اختر

همه چیز از مرگ ستاره ها شروع میشه وقتی ستاره همه سوخت خودش رو مصرف کنه تبدیل به یک غول سرخ میشه بسته به اینکه ستاره پر جرم بوده یا نه مسیر دو شاخه میشه.
1.ستاره های کم جرم در مرحله غول سرخ فقط هیدروژن سوزی و هلیوم سوزی دارن و نمیتونن واکش های هسته ای دیگه رو راه بندازن و در نهایت لایه ی بیرونی خودشون رو به بیرون پرتاب میکنن و تبدیل به کوتوله های سفیدی میشن که جرمشون از حد جاندر اسکار یا همون 1.4 برابر جرم خورشید کمتره.حالا اگر این اتفاق در یک مجوعه دوتایی رخ بده چی میشه؟ستاره با جرم بیشتر زودتر میمیره و تبدیل به کوتوله سفید میشه ستاره کم جرمتر هم کم کم به پایان زندگی نزدیک میشه و تبدیل به غول سرخ میشه و به کوتوله سفید نزدیک میشه و گاز های لایه ی بیرونیش که حاوی هیدروژنه به کوتوله سفید منتقل میشه بسته به سرعت انتقال جرم دو حالت پیش میاد اگه سرعت انتقال جرم کم باشه بر اثر دما و فشار حاصل از تجمع گاز هیدروژن واکنش هسته ای شروع میشه و طی انفجاری ماده ی روی سطح کوتوله سفید به بیرون پرتاب میشه و یک نو اختر ایجاد میشه.

اگه سرعت انتقال زیاد باشه فرصت برای شروع واکنش هسته ای نیست و جرم کوتوله سفید بالا میره تا به حد چاندر اسکار برسه در این موقع و طی رمبش چگالی و دما بالا میره و طی انفجار عظیمی مواد اطرافش رو به بیرون پرتاب میکنه و طی این فرآیند ابرنو اختر حاصل میشه

2.در ستاره های پر جرم در مرحله غول سرخ به علت دمای بالای هسته (نزدیک به 600 میلیون درجه) قادره واکنش های هسته ای دیگه رو راه بندازه و که طی اون کربن واکنش هم جوشی انجام میده و سیلسیوم و منیزیوم ایجاد میشن و دما و فشار بالای حاصل از واکنش مانع انقباض ستاره میشه .قتی کربن ستاره هم تموم بشه هسته شروع میکنه به منقبض شدن و دمای هسته بالا و بالا تر میره و عنصر سنگین آهن به وجود میاد که بر خلاف بقیه واکنش های هسته ای که گرما تولید میکردن این واکنش گرما رو مصرف میکنه و چون منبعی برای تامین انرژی وجود نداره هسته آهن شروع به انقباض میکنه واین انقباض تا جایی ادامه داره که الکترون ها به درون هسته آهن فشرده میشن و هسته فرو میریزه و انرژی بسیار زیادی طی این رمبش به سمت بیرون ایجاد میشه که باعث میشه حجم بسیار زیادی از مواد ستاره به بیرون پرتاب بشن و به این ترتیب ابرنواختر ایجاد میشه.



خب تا حالا نحوه تشکیل نو اختر و دو نوع انفجار ابر نو اختری رو شرح دادیم...

دلیل شمع بودن ابرنواختر واضحه چون انفجار در جرم بحرانی مشخص (حد چاندر اسکار ) رخ میده میزان درخشنگی معینی ایجاد میکنه که در همه ابرنو اختر ها یکسانه و بنابراین از ابرنواختر نوع Ia در فاصله سنجی استفاده کرد

حالا بریم سراغ نو اختر ها...به نظرتون میشه از نو اختر هم به عنوان شمع استاندار کیهانی استفاده کرد؟

[sara shahabi]

احتمالا از نواخترها هم بشه برای اندازه گیری فاصله استفاده کرد، اما همون طور که توی این جدول مشخصه و روش های مختلف رو برای فاصله خوشه سنبله مقایسه کرده، درخشندگی ابرنواخترها زیاد هست و در فاصله های دورتری دیده می شوند و کاربرد بیشتری می تونن داشته باشن.

[مداد رنگیهام]

احتمالا از نواخترها هم بشه برای اندازه گیری فاصله استفاده کرد، اما همون طور که توی این جدول مشخصه و روش های مختلف رو برای فاصله خوشه سنبله مقایسه کرده، درخشندگی ابرنواخترها زیاد هست و در فاصله های دورتری دیده می شوند و کاربرد بیشتری می تونن داشته باشن.

خیلی ممنونم از خانوم شهابی همینطور که فرمودند میشه از نواختر هم به عنوان شمع استاندارد استفاده کرد سوالی که مطرح میشه اینه که با توجه به نحوه تشکیل نواختر چرا میشه از نواخترها هم به عنوان شمع استاندارد استفاده کرد؟مگه چه ویژگی خاصی درشون نهفته است که سبب میشه درخشندگی مشخصی به ما بدن؟
منتظر مشارکت دوستان هستیم

[مداد رنگیهام]

خوب رسیدیم به اینجا که نو اختر هم میتونه شمع استاندارد باشه و سوالی که پرسیدم این بود که: 1.چه رازی در ماهیت نو اختر نهفته است که باعث میشه ازش به عنوان شمع استاندارد استفاده کرد؟

تا داریم به جواب سوال اول فکر میکنیم با اجازه اساتید فروم یه پرانتز کوچولو باز میکنم

گفتیم با تجمع هیدروژن روی کوتوله سفید فشار حاصل از هیدروژن های انباشته شده روی لایه های زیرین به حدی میرسه که فشار لازم برای آغاز واکنش هسته ای ایجاد میشه و انفجار رخ میده حالا ما یه سری نو اختر تکرار شونده داریم که انفجار توشون بعد از چندین سال تکرار میشه حالا می خوام یه سوال دیگه هم به سوال قبلی اضافه کنم : 2.آیا میزانِ قدر مطلق ِ واکنش های انفجاری متوالی که در یک نو اختر رخ میده یکسانه؟!(فکر کنم برای پاسخ به این سوال لازم باشه ببینیم چه رابطه ای بین میزان هیدروژن تجمعی لازم برای وقوع انفجار و میزان درخشندگی (قدر مطلق ) ایجاد شده در هر انفجار و مکانیسم دقیق انفجار در نو اختر وجود داره و این مستلزم پیوند بین نجوم و فیزیک هسته ای هست که من دانشش رو ندارم در هر صورت اگه قدر مطلق در انفجار های متوالی یکسان باشه میشه از مقایسه قدر ظاهری دو انفجار متوالی به تغییرات مکانی نو اخترمون با توجه به گذر زمان پی ببریم و بر همین اساس شاید بشه به سرعت گسترش کیهان پی برد)


.................
ما همچنان در پیچ و خم سوال اولیم ...منجمان و فیزیک هسته ای خواندگان عزیز همچنان مشتاق حضور سبزتان در تاپیک هستیم

این صفحه رو در مورد نواختر بخونین اطلاعات جامع و مفیدی داره.

[Ehsan]

خوب رسیدیم به اینجا که نو اختر هم میتونه شمع استاندارد باشه و سوالی که پرسیدم این بود که: 1.چه رازی در ماهیت نو اختر نهفته است که باعث میشه ازش به عنوان شمع استاندارد استفاده کرد؟

تا داریم به جواب سوال اول فکر میکنیم با اجازه اساتید فروم یه پرانتز کوچولو باز میکنم

گفتیم با تجمع هیدروژن روی کوتوله سفید فشار حاصل از هیدروژن های انباشته شده روی لایه های زیرین به حدی میرسه که فشار لازم برای آغاز واکنش هسته ای ایجاد میشه و انفجار رخ میده حالا ما یه سری نو اختر تکرار شونده داریم که انفجار توشون بعد از چندین سال تکرار میشه حالا می خوام یه سوال دیگه هم به سوال قبلی اضافه کنم : 2.آیا میزانِ قدر مطلق ِ واکنش های انفجاری متوالی که در یک نو اختر رخ میده یکسانه؟!(فکر کنم برای پاسخ به این سوال لازم باشه ببینیم چه رابطه ای بین میزان هیدروژن تجمعی لازم برای وقوع انفجار و میزان درخشندگی (قدر مطلق ) ایجاد شده در هر انفجار و مکانیسم دقیق انفجار در نو اختر وجود داره و این مستلزم پیوند بین نجوم و فیزیک هسته ای هست که من دانشش رو ندارم در هر صورت اگه قدر مطلق در انفجار های متوالی یکسان باشه میشه از مقایسه قدر ظاهری دو انفجار متوالی به تغییرات مکانی نو اخترمون با توجه به گذر زمان پی ببریم و بر همین اساس شاید بشه به سرعت گسترش کیهان پی برد)


.................
ما همچنان در پیچ و خم سوال اولیم ...منجمان و فیزیک هسته ای خواندگان عزیز همچنان مشتاق حضور سبزتان در تاپیک هستیم

این صفحه رو در مورد نواختر بخونین اطلاعات جامع و مفیدی داره.

طبیعتا برای نو اخترها هم میشه درخشندگی ثابتی قائل شد، دقیقا به همان دلیلی که برای ابر نو اخترِ نوع یک آ قائل می‌شیم، فرایندِ انفجار دقیقا در شرایطِ و حدِ خاصی رخ می‌ده. اما این که مثلِ ابرنواخترِِ یک آ همیشه ثابت باشه، محلِ بحثه، به این معنی که بسته به ابعاد و اندازه های کوتوله‌ی سفیدِ میزبان می‌تونه متغییر باشه، اما حدس می‌زنم بشه با طیفش و این که چه عناصری با چه فراوانی‌هایی وجود دارند بشه راجع به دما و فشارِ انفجار و طبیعتا جرمِ کوتوله‌ی سفید اظهارِ نظر کرد، البته بحثِ دقیقترش به یک دانشجوی اخترفیزیک نیاز داره!

در موردِ سوالِ دوم هم باز لزومی نداره این طور باشه، هم ستاره‌ی تامین کننده‌ی مواد در حالِ تحول هستش هم شرایط بعد از هر انفجار برای کوتوله‌ی سفید متفاوت میشه