PULSACJE GWIAZDOWE. semestr zimowy 2017/2018. Jadwiga Daszyńska-Daszkiewicz

Podobne dokumenty
Równania oscylacji. Skale czasowe w gwieździe [wyprowadzamy razem na tablicy] Podsumowanie lekcji 1-3 (Typy pulsacji, Kappa-mechanizm, Z-maksymum)

Typy pulsacji gwiazd. Wzbudzanie pulsacji w klasycznym pasie niestabilności i na Ciągu Głównym: mechanizm kappa i Z-maksimum

Sejsmologia gwiazd. Andrzej Pigulski Instytut Astronomiczny Uniwersytetu Wrocławskiego

Układy współrzędnych

REZONANSY : IDENTYFIKACJA WŁAŚCIWOŚCI PRZEZ ANALIZĘ FAL PARCJALNYCH, WYKRESY ARGANDA

Notacja Denavita-Hartenberga

MECHANIKA 2 KINEMATYKA. Wykład Nr 5 RUCH KULISTY I RUCH OGÓLNY BRYŁY. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Równa Równ n a i n e i ru r ch u u ch u po tor t ze (równanie drogi) Prędkoś ędkoś w ru r ch u u ch pros pr t os ol t i ol n i io i wym

2 1 3 c c1. e 1, e 2,..., e n A= e 1 e 2...e n [ ] M. Przybycień Matematyczne Metody Fizyki I

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Układ współrzędnych dwu trój Wykład 2 "Układ współrzędnych, system i układ odniesienia"

Pole magnetyczne magnesu w kształcie kuli

Kinematyka: opis ruchu

Bąk wirujący wokół pionowej osi jest w równowadze. Momenty działających sił są równe zero (zarówno względem środka masy S jak i punktu podparcia O).

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Wstęp. Ruch po okręgu w kartezjańskim układzie współrzędnych

Promieniowanie dipolowe

KINEMATYKA I DYNAMIKA CIAŁA STAŁEGO. dr inż. Janusz Zachwieja wykład opracowany na podstawie literatury

3. KINEMATYKA Kinematyka jest częścią mechaniki, która zajmuje się opisem ruchu ciał bez wnikania w jego przyczyny. Oznacza to, że nie interesuje nas

METODY MATEMATYCZNE I STATYSTYCZNE W INŻYNIERII CHEMICZNEJ

Ruch drgający. Ruch harmoniczny prosty, tłumiony i wymuszony

PULSACJE GWIAZDOWE. semestr zimowy 2017/2018. Jadwiga Daszyńska-Daszkiewicz

ZASADY DYNAMIKI. Przedmiotem dynamiki jest badanie przyczyn i sposobów zmiany ruchu ciał.

Fizyka. Program Wykładu. Program Wykładu c.d. Literatura. Rok akademicki 2013/2014

Wykład FIZYKA I. 11. Fale mechaniczne. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

GEOMETRIA ANALITYCZNA W PRZESTRZENI

Bryła sztywna. Wstęp do Fizyki I (B+C) Wykład XXI:

Mechanika ogólna. Kinematyka. Równania ruchu punktu materialnego. Podstawowe pojęcia. Równanie ruchu po torze (równanie drogi)

18. Siły bezwładności Siła bezwładności w ruchu postępowych Siła odśrodkowa bezwładności Siła Coriolisa

OPISY PRZESTRZENNE I PRZEKSZTAŁCENIA

Wykład Budowa atomu 3

Podstawy fizyki wykład 7

Mechanika. Wykład 2. Paweł Staszel

Etap 1. Rysunek: Układy odniesienia

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

obrotów. Funkcje falowe cząstki ze spinem - spinory. Wykład II.3 29 Pierwsza konwencja Condona-Shortley a

1. PODSTAWY TEORETYCZNE

Rozwiązania zadań egzaminacyjnych (egzamin poprawkowy) z Mechaniki i Szczególnej Teorii Względności

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

Fizyka 1(mechanika) AF14. Wykład 5

Drgania i fale II rok Fizyk BC

GRAFIKA KOMPUTEROWA podstawy matematyczne. dr inż. Hojny Marcin pokój 406, pawilon B5 Tel.

III.4 Ruch względny w przybliżeniu nierelatywistycznym. Obroty.

4.3 Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu metodą fali biegnącej(f2)

Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

Matematyka stosowana i metody numeryczne

Sztuczny satelita Ziemi. Ruch w polu grawitacyjnym

Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017

Fala jest zaburzeniem, rozchodzącym się w ośrodku, przy czym żadna część ośrodka nie wykonuje zbyt dużego ruchu

1. PODSTAWY TEORETYCZNE

Dynamika: układy nieinercjalne

SPEKTROSKOPIA IR I SPEKTROSKOPIA RAMANA JAKO METODY KOMPLEMENTARNE

1.1 Przegląd wybranych równań i modeli fizycznych. , u x1 x 2

Wektor położenia. Zajęcia uzupełniające. Mgr Kamila Rudź, Podstawy Fizyki.

ELEMENTY I OPERACJE SYMETRII Symbol Element symetrii Operacja symetrii

Wykład 5. Komórka elementarna. Sieci Bravais go

Mobilne Aplikacje Multimedialne

Orientacja zewnętrzna pojedynczego zdjęcia

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

Wykład 1. Wprowadzenie do przedmiotu. Powierzchnia odniesienia w pomiarach inżynierskich.

Stara i nowa teoria kwantowa

PODSTAWY RACHUNKU WEKTOROWEGO

Ćwiczenie M-2 Pomiar przyśpieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Cel ćwiczenia: II. Przyrządy: III. Literatura: IV. Wstęp. l Rys.

Mechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?

Wykład 1. Symetria Budowy Kryształów

podać przykład wielkości fizycznej, która jest iloczynem wektorowym dwóch wektorów.

Rozważmy nieustalony, adiabatyczny, jednowymiarowy ruch gazu nielepkiego i nieprzewodzącego ciepła. Mamy następujące równania rządzące tym ruchem:

Podstawy fizyki sezon 1 VII. Ruch drgający

Rozdział 2. Krzywe stożkowe. 2.1 Elipsa. Krzywe stożkowe są zadane ogólnym równaniem kwadratowym na płaszczyźnie

Wykład 10 - Charakterystyka podstawowych systemów gwiazdowych: otoczenie Słońca, Galaktyka, gromady gwiazd, galaktyki, grupy i gromady galaktyk

Pozorne orbity planet Z notatek prof. Antoniego Opolskiego. Tomasz Mrozek Instytut Astronomiczny UWr Zakład Fizyki Słońca CBK PAN

Kinematyka: opis ruchu

Ruch falowy. Parametry: Długość Częstotliwość Prędkość. Częstotliwość i częstość kołowa MICHAŁ MARZANTOWICZ

LABORATORIUM ELEKTROAKUSTYKI. ĆWICZENIE NR 1 Drgania układów mechanicznych

i = [ 0] j = [ 1] k = [ 0]

Fale elektromagnetyczne

Elementy geometrii analitycznej w R 3

- Strumień mocy, który wpływa do obszaru ograniczonego powierzchnią A ( z minusem wpływa z plusem wypływa)

W naukach technicznych większość rozpatrywanych wielkości możemy zapisać w jednej z trzech postaci: skalara, wektora oraz tensora.

2.6.3 Interferencja fal.

Prędkość fazowa i grupowa fali elektromagnetycznej w falowodzie

Równania dla potencjałów zależnych od czasu

Wstęp do Modelu Standardowego

Wykład I Krzysztof Golec-Biernat Optyka 1 / 16

RÓWNANIE DYNAMICZNE RUCHU KULISTEGO CIAŁA SZTYWNEGO W UKŁADZIE PARASOLA

III. Opis falowy. /~bezet

Metody wyznaczania masy Drogi Mlecznej

Równania Maxwella. Wstęp E B H J D

Iloczyn skalarny, wektorowy, mieszany. Ortogonalność wektorów. Metoda ortogonalizacji Grama-Schmidta. Małgorzata Kowaluk semestr X

WYKŁAD 2 Podstawy spektroskopii wibracyjnej, model oscylatora harmonicznego i anharmonicznego. Częstość oscylacji a struktura molekuły Prof. dr hab.

Prawa ruchu: dynamika

Wykład 5 Widmo rotacyjne dwuatomowego rotatora sztywnego

MECHANIKA 2 RUCH POSTĘPOWY I OBROTOWY CIAŁA SZTYWNEGO. Wykład Nr 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 4 26.X Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

1 Płaska fala elektromagnetyczna

Spis treści. Przedmowa redaktora do wydania czwartego 11

Rozszerzony konspekt preskryptu do przedmiotu Podstawy Robotyki

RUCH HARMONICZNY. sin. (r.j.o) sin

DRGANIA SWOBODNE UKŁADU O DWÓCH STOPNIACH SWOBODY. Rys Model układu

Transkrypt:

PULSACJE GWIAZDOWE semestr zimowy 2017/2018 Jadwiga Daszyńska-Daszkiewicz

LITERATURA: 1. Jørgen Christensen-Dalsgaard, 2003, Lecture Notes on Stellar Oscillations 2. C. Aerts, Jørgen Christensen-Dalsgaard, D. Kurtz, 2010, Asteroseismology 3. Wykłady prof. W. Dziembowskiego 4. Unno E., Osaki Y., Ando H., Saio H., Shibahashi H., 1989, Nonradial Oscillations of Stars 5. Cox J. P., 1980, Theory of Stellar Pulsation 6. Christensen-Dalsgaard & Dziembowski, 2000 Basic aspects of stellar structure and pulsation

RAMOWY PLAN WYKŁADU 1. Podstawowe własności oscylacjii gwiazdowych. Wybrane zagadnienia matematyczne. 2. Typy gwiazd pulsujących. 3. Pulsacje adiabatyczne. 4. Pulsacje nieadiabatyczne. 5. Mechanizmy napędzania pulsacji. 6. Efekty rotacji.

RAMOWY PLAN WYKŁADU 7. Pulsacyjne zmiany obserwowanych charakterystyk: zmiany blasku, profilii linii widmowych 8. Analiza periodogramowa. 9. Metody identyfikacji modów pulsacjii. 10. Helioseismologia 11. Asteroseismologia.

Gwiazda pulsująca - gwiazda, której zmienność spowodowana jest przez zachodzące w niej pulsacje, czyli przez istnienie fal hydrodynamicznych (akustycznych lub/i wypornościowych) Zmiany jasności lub/i prędkości radialnej

Mody oscylacji (pulsacyjne) drgania odpowiadające różnym możliwym częstotliwościom (okresom)

Dwa ważne wyniki teorii pulsacji: występowanie częstości harmonicznych gwiazdy mogą pulsować nieradialnie

pulsacje radialne - gwiazda zmienia swój promień, ale we wszystkich fazach zachowana jest symetria sferyczna pulsacje nieradialne - gwiazda jest podzielona na sektory drgające w przeciwnych fazach niż sąsiednie i przesuwające się po powierzchni gwiazdy

Dany mod pulsacji jest określony przez n m oraz trzy liczby kwantowe : n,, m. n m =2 n m częstotliwość kołowa n - radialny rząd modu - stopień modu, =0,1,2, m - rząd azymutalny, m

n liczba węzłów w kierunku radialnym, węzły te są koncentrycznymi sferami wewnątrz gwiazdy

1-wymiarowe oscylacje Fundamentalny Pierwszy owerton Drugi owerton węzły Don Kurtz

2-wymiarowe oscylacje radialne Fundamentalny Pierwszy owerton Drugi owerton Oleg Alexandrov

pulsacje radialne z n=2

2-wymiarowe oscylacje nieradialne mod dipolowy mod kwadrupolowy Oleg Alexandrov

Radialne i nieradialne oscylacje 2-wymiarowe - całkowita liczba płaszczyzn węzłowych przecinających powierzchnię gwiazdy - m - liczba płaszczyzn równoleżnikowych Don Kurtz

w gwieździe harmonika owerton bo c s const, c s T/ Cefeidy klasyczne P 2 /P 1 =0.71 gwiazdy typu Scuti P 2 /P 1 =0.77

- całkowita liczba płaszczyzn węzłowych przecinających powierzchnię gwiazdy - m - liczba płaszczyzn równoleżnikowych

3-wymiarowe oscylacje nieradialne =6

= 1, m=0 = 1, m=1 Tim Bedding

= 2, m=1 = 2, m=2 Tim Bedding

= 3, m=0 = 3, m=1 = 3, m=2 = 3, m=3 Tim Bedding

= 4, m=1 = 4, m=2 = 4, m=4 Tim Bedding

= 8, m=1 = 8, m=2 = 8, m=3 Tim Bedding

FUNKCJE KULISTE Zależności kątowe zmian wielkości fizycznych możemy opisać za pomocą funkcji kulistych (harmonik sferycznych): Y m (, )= N m P m (cos ) e im Założenia: amplituda pulsacji jest mała gwiazda ma kształt sferycznie-symetryczny

Y m (, ) zupełny zbiór funkcji ortonormalnych zdefiniowanych na sferze

P m (cos )- stowarzyszone funkcje Legendre a N m czynnik normujący dobrany tak, aby dla danego, harmoniki sferyczne tworzyły bazę ortonormalną

Zaburzenie dowolnego parametru skalarnego, np. temperatury, dla pojedynczego modu oscylacji, możemy zapisać w postaci T/T =f n (r) Y m (, ) exp(-i n m t) f n (r) radialna funkcja własna

Harmoniki sferyczne stopni dla = 1, 2, 3, m=0,1,2,3 przy = 0 W. A. Dziembowski

=0 oscylacje radialne (szczególny przypadek oscylacji nieradialnych) =1 dipol =2 kwadrupol n=0 - mod fundamentalny dla >1 n=1 - pierwszy overton n=2 - drugi overton itd. dla =0 mody są numerowane od n=1

m>0 mody współbieżne (prograde), poruszają się zgodnie z rotacja gwiazdy m<0 mody przeciwbieżne (retrograde) m=0 mody strefowe (zonal or axisymmetric modes) = m mody sektoralne (sectoral modes) pozostale przypadki mody teseralne (tesseral modes)

Mody normalne są opisane przez n i (degeneracja 2 +1). Rotacja, pole magnetyczne itp. wprowadzają rozszczepienie. Wpływ rotacji na pulsacje będzie dyskutowany na osobnym wykładzie

PODSTAWOWE UKŁADY WSPÓŁRZĘDNYCH układ współrotujący z gwiazdą układ nieruchomy układ związany z obserwatorem

Układ współrotujący z gwiazdą Zakładamy, że gwiazda rotuje ze stałą częstością kątową 0 wokół osi {\vec }. Wprowadzamy rotujący, prawoskrętny, ortogonalny układ współlrzędnych kartezjańskich (x'',y'',z'') o początku w środku gwiazdy i osi z'' odpowiadającej {\vec }. Współrzędne sferyczne (r'', '', '') mają oś biegunową pokrywającą się z osią z''. lewoskrętny prawosk.

Układ nieruchomy Prawoskrętny, ortogonalny układ o współrzędnych kartezjańskich (x',y',z') i początku w środku gwiazdy, oraz osi z' odpowiadającej z''. Osie x'' i x' oraz y'' i y' są zgodne w chwili t 0 = 0. Współrzędne sferyczne (r', ', ') mają taką samą oś biegunową jak w poprzednim układzie.

Układ związany z obserwatorem Prawoskrętny, inercjalny, ortogonalny układ o współrzędnych kartezjańskich (x, y, z) i początku w środku gwiazdy. Oś z jest skierowana w kierunku do obserwatora, a oś y pokrywa się z y'. Oznacza to, że osie z, z',x, x' leżą w tej samej płaszczyźnie. Kąt i między osiami z i z' nazywamy kątem inklinacji gwiazdy i mierzymy dodatnio od z do z'; i [0 o,180 o ]. Współrzędne sferyczne (r,, ) mają oś biegunową pokrywającą się z kierunkiem do obserwatora.

TRANSFORMACJE MIĘDZY UKŁADAMI Związek pomiędzy układem współrotującym z gwiazdą a układem nieruchomym możemy dla współrzędnych sferycznych r''=r' ''= ' ''= ' - t Przejście między układami (r', ', ') i (r,, ) jest bardziej złożone.

Położenie dwóch układów ortokartezjańskich względem siebie, o wspólnym początku, tej samej skali i orientacji, jest określone przez dziewięć kątów Które pozwalają na wyrażenie jednych współrzędnych (x,y,z) przez drugie (x,y,z )

Ponieważ zachodzą następujące relacje: Tylko trzy kąty są niezależne, są to kąty Eulera (,, ). = (Oy,ON) = (Oz,Oz ) = (ON,Oy ), ON - krawędź przecięcia się płaszczyzn xoy i x Oy

Z Kąty Eulera - 0 - Z X O Y M Y N M X

Zapisy macierzowe opisujące kolejne obroty mają postać Współczynniki przekształcenia (Smirnow, 1962)

W przypadku układu związanego z obserwatorem oś y pokrywa się z y', a osie z, z',x, x' leżą w tej samej płaszczyźnie. Czyli: = =0, =i

Macierz transformacji między układami (r', ', ') i (r,, )

Element powierzchni i jego normalna

Składowe elementu masy

Składowe elementu powierzchni gwiazdy pulsującej

Funkcje kuliste w różnych układach odniesienia O R operator związany z grupą obrotów o kąty Eulera (,, ). W naszym przypadku: = =0 =i. d mk reprezentacje grupy obrotów d m0 funkcjami Wignera (k=0). Hamermesh 1968

Funkcje Wignera, d m0, dla =1,2 1.0 m=1 d m 0 0.5 0.0 m=0-0.5 m=-1-1.0 =1 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 inclination 1.0 0.5 m=+1 m=+/-2 m=-1 d m 0 0.0-0.5 m=0-1.0 =2 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 inclination

Funkcje Wignera, =3 d m0, dla =3 1.0 1.0 d 300 0.5 0.0 d 310, d 3-10 0.5 0.0-0.5-1.0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 inclination -0.5-1.0 m= 1 m= -1 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 inclination 1.0 1.0 d 320, d 3-20 0.5 0.0 m= +/- 2 d 330, d 3-30 0.5 0.0 m= +3 m= -3-0.5-0.5-1.0-1.0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 inclination 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 inclination

Funkcje Wignera, d m0, dla =5 =5 1.0 1.0 0.5 0.5 d 500 0.0 d 510, d 5-10 0.0-0.5-0.5-1.0-1.0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 inclination 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 inclination 1.0 1.0 0.5 0.5 d 520, d 5-20 0.0-0.5 d 530, d 5-30 0.0-0.5-1.0-1.0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 inclination 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 inclination 1.0 1.0 0.5 0.5 d 540, d 5-40 0.0-0.5 d 550, d 5-50 0.0-0.5-1.0-1.0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 inclination 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 inclination

Funkcje Legendre a, P m (cos ), dla =2, m=1

Mody nieradialne dzielimy na dwie grupy (Cowlinga): mody p (akustyczne) siłą reakcji jest ciśnienie mody g (grawitaacyjne) siłą reakcji jest siła wyporu

Obszary pułapkowania dla Słońca mody p mod g =2, 100, n=8 =5, n=10

=6, m=+4 mod p mod g R. Townsend

Lokalne własności oscylacji są opisane przez dwie charakterystyczne częstotliwości: 1. Lamba, L 2 2. Brunta-Väisälä, N 2

Częstotliwość Lamba (akustyczna), L 2 L 2 =(k h c) 2 = ( +1) c 2 /r 2 k h = 2 / h, c 2 = 1 p/, 1 =(dlnp/dln ) ad k h - falowa liczba horyzontalna, 1 - wykładnik adiabaty h horyzontalna długość fali k h = [ ( +1)] 1/2 /r /r dla wyskich stopni Fala akustyczna pokonuje drogę h 2 r/ ruchem horyzontalnym z okresem 2 /L

Częstotliwość Brunta-Väisälä, N 2 N 2 częstotliwość z jaką element gazu może oscylować wokół położenia równowagi po wpływem siły grawitacji

2 > L 2, N 2 mody o wysokich częstotliwościach (ciśnieniowe) 2 < L 2, N 2 mody o niskich częstotliwościach (grawitacyjne) L 2 > 2 >N 2 lub L 2 < 2 <N 2 obszary znoszenia oscylacji

Diagram propagacji dla politropy n=3 Unno at al.

Obszary pułapkowania dla modu g (100 Hz) i modu p (2000 Hz) o =20 dla modelu Słońca J. Christensen-Dalsgaard