ดาวแปรแสงแบบมีจังหวะ

ดาวฤกษ์บางดวงจะพองตัวและหดตัวเป็นจังหวะ ทำให้ความสว่างเพิ่มขึ้นและลดลงเป็นรอบที่สม่ำเสมอ ดาวฤกษ์ที่มีชื่อเสียงที่สุดในกลุ่มนี้คือดาวเซเฟอิด ซึ่งมีการเต้นเป็นจังหวะด้วยคาบที่บ่งบอกถึงความส่องสว่างที่แท้จริงของพวกมัน และด้วยเหตุนี้จึงใช้ในการวัดระยะทางในอวกาศ

Definition

ดาวแปรแสงแบบมีจังหวะคือดาวฤกษ์ที่มีความสว่างเปลี่ยนแปลงเป็นคาบ เนื่องจากชั้นนอกของพวกมันขยายตัวและหดตัว ซึ่งขับเคลื่อนโดยความไม่เสถียรในโครงสร้างของพวกมัน ไม่ใช่เกิดจากการบังกันหรือสาเหตุภายนอก

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมดาวแปรแสงแบบมีจังหวะประเภทหลักๆ ได้แก่ ดาวเซเฟอิด, ดาว RR Lyrae, และดาวแปรแสงคาบยาวและดาวแคระ, แถบความไม่เสถียรบนแผนภาพเฮิร์ตสปรอง-รัสเซลล์, กลไกแคปปาที่ขับเคลื่อนการเต้นเป็นจังหวะ, ความสัมพันธ์ระหว่างคาบและความส่องสว่างที่ทำให้ดาวเซเฟอิดเป็นเทียนมาตรฐาน, และสาขาวิชาดาราศาสตร์แผ่นดินไหววิทยาที่กว้างขึ้นซึ่งใช้การสั่นเพื่อสำรวจภายในของดาวฤกษ์

Core questions

• ทำไมดาวฤกษ์บางดวงจึงมีการเต้นเป็นจังหวะ?
• แถบความไม่เสถียรคืออะไร?
• ความสัมพันธ์ระหว่างคาบและความส่องสว่างทำให้ดาวเซเฟอิดเป็นตัวบ่งชี้ระยะทางได้อย่างไร?
• การสั่นเผยให้เห็นภายในของดาวฤกษ์ได้อย่างไร?

Key concepts

• แถบความไม่เสถียร
• กลไกแคปปา
• ดาวแปรแสงเซเฟอิด
• ดาว RR Lyrae
• ความสัมพันธ์ระหว่างคาบและความส่องสว่าง
• การเต้นเป็นจังหวะแบบรัศมี
• ดาราศาสตร์แผ่นดินไหววิทยา

Key theories

กลไกแคปปาและแถบความไม่เสถียร

ในเขตที่ฮีเลียมที่แตกตัวเป็นไอออนบางส่วนมีความทึบแสงมากขึ้นเมื่อถูกบีบอัด มันจะกักเก็บความร้อนและดันชั้นนั้นกลับออกมา ทำหน้าที่เหมือนวาล์วที่ขับเคลื่อนการเต้นเป็นจังหวะที่ยั่งยืนด้วยตัวเอง ดาวฤกษ์ในแถบความไม่เสถียรที่เกิดขึ้นบนแผนภาพเฮิร์ตสปรอง-รัสเซลล์จะมีการเต้นเป็นจังหวะ

ความสัมพันธ์ระหว่างคาบและความส่องสว่างของดาวเซเฟอิด

เลวิตต์พบว่ายิ่งดาวเซเฟอิดสว่างมากเท่าใด คาบการเต้นเป็นจังหวะก็จะยิ่งยาวนานขึ้นเท่านั้น ความสัมพันธ์ระหว่างคาบและความส่องสว่างนี้ช่วยให้อ่านค่าความส่องสว่างที่แท้จริงได้จากคาบที่วัดได้ง่าย ทำให้ดาวเซเฟอิดเป็นเทียนมาตรฐานหลักสำหรับการวัดระยะทาง

Mechanisms

ในดาวฤกษ์บางดวง ชั้นของฮีเลียมที่แตกตัวเป็นไอออนบางส่วนจะดูดซับรังสีมากขึ้นเมื่อถูกบีบอัด เก็บพลังงานที่ถูกปล่อยออกมาเมื่อชั้นนั้นดีดตัวกลับ ทำให้เกิดการขยายตัวและหดตัวเป็นคาบของชั้นบรรยากาศภายนอก คาบการเต้นเป็นจังหวะขึ้นอยู่กับความหนาแน่นเฉลี่ยของดาวฤกษ์ และด้วยเหตุนี้จึงขึ้นอยู่กับความส่องสว่างของมัน ในขณะที่สเปกตรัมการสั่นโดยละเอียดในดาวฤกษ์หลายดวงจะเข้ารหัสโครงสร้างภายในของพวกมัน

Clinical relevance

ดาวแปรแสงแบบมีจังหวะเป็นตัวบ่งชี้ระยะทางที่สำคัญ: ดาวเซเฟอิดและดาว RR Lyrae ใช้ในการสอบเทียบบันไดระยะทางจักรวาลและค่าคงที่ฮับเบิล ในขณะที่ดาราศาสตร์แผ่นดินไหววิทยาของดาวแปรแสงแบบมีจังหวะ รวมถึงดวงอาทิตย์ ใช้ในการวัดโครงสร้างภายใน อายุ และมวล ปรับปรุงแบบจำลองดาวฤกษ์ และระบุลักษณะของดาวฤกษ์ที่เป็นเจ้าบ้านของดาวเคราะห์นอกระบบ

History

เลวิตต์ค้นพบความสัมพันธ์ระหว่างคาบและความส่องสว่างของดาวเซเฟอิดในปี 1912 เอ็ดดิงตันเสนอว่าการเต้นเป็นจังหวะถูกขับเคลื่อนด้วยกลไกเครื่องยนต์ความร้อน และการระบุกลไกแคปปาในเขตการแตกตัวเป็นไอออนในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ได้อธิบายว่าทำไมดาวแปรแสงแบบมีจังหวะจึงอยู่ในแถบความไม่เสถียรที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน

Key figures

• Henrietta Swan Leavitt
• Arthur Eddington
• John P. Cox
• Cecilia Payne-Gaposchkin

Seminal works

• leavitt1912
• cox1980

Frequently asked questions

ทำไมคาบของดาวเซเฟอิดจึงบอกความส่องสว่างของมันได้?

คาบการเต้นเป็นจังหวะถูกกำหนดโดยระยะเวลาที่คลื่นใช้ในการเคลื่อนที่ผ่านดาวฤกษ์ ซึ่งขึ้นอยู่กับขนาดและความหนาแน่นของมัน ดาวเซเฟอิดที่สว่างกว่าจะมีขนาดใหญ่กว่าและมีความหนาแน่นน้อยกว่า ดังนั้นพวกมันจึงเต้นเป็นจังหวะช้ากว่า ทำให้เกิดความสัมพันธ์ที่แน่นแฟ้นระหว่างคาบและความส่องสว่าง

ดาราศาสตร์แผ่นดินไหววิทยาคืออะไร?

เป็นการศึกษาการสั่นตามธรรมชาติของดาวฤกษ์ คล้ายกับการที่แผ่นดินไหววิทยาใช้แผ่นดินไหวเพื่อสำรวจโลก ความถี่ของการเต้นเป็นจังหวะของดาวฤกษ์ขึ้นอยู่กับโครงสร้างภายในของมัน ดังนั้นการวัดความถี่เหล่านั้นจึงเผยให้เห็นคุณสมบัติต่างๆ เช่น ขนาด อายุ และการหมุนภายใน