Gwiazda zmienna

Gwiazda zmienna – gwiazda, która w znaczący sposób zmienia swoją jasność. Ogólnie rzecz biorąc, każda gwiazda wykazuje drobne fluktuacje jasności, ale są one w większości przypadków praktycznie niezauważalne – na przykład jasność Słońca zmienia się o ok. 0,1% w 11-letnim cyklu.

Historia odkryć

Zidentyfikowania pierwszej gwiazdy regularnie zmiennej dokonano jeszcze w epoce przedteleskopowej. W 1596 roku David Fabricius zauważył okresowe znikanie gwiazdy omicron Ceti (nazwanej później Mira, od miraculous – cudowny). Obserwowano wówczas także dwie jasne supernowe, w 1572 i 1604. Zjawiska te dowiodły, że sfera gwiazd stałych nie jest niezmienna, jak sądzono od czasów starożytnych. W ten sposób odkrycie zmienności gwiazd przyczyniło się do „rewolucji kopernikańskiej” na przełomie XVI i XVII wieku.

W roku 1786 znano dwanaście gwiazd zmiennych, między innymi pierwszą gwiazdę zaćmieniową – Algola. Poprawne wyjaśnienie jego zmienności podał w 1784 John Goodricke. Od połowy XIX wieku liczba znanych zmiennych wzrastała coraz szybciej, szczególnie po 1890, gdy możliwe stało się badanie gwiazd metodą fotograficzną. W 1875 znano już 143 zmienne, w 1903 – 700, w 1926 – 2900, w 1947 – 11 tys. Najnowsza edycja Ogólnego Katalogu Gwiazd Zmiennych (General Catalogue of Variable Stars) z 2003 roku wymienia blisko 40 tys. zmiennych w naszej Galaktyce, 10 tys. w innych galaktykach oraz kilkanaście tysięcy gwiazd podejrzewanych o zmienność.

Klasyfikacja

Ze względu na przyczynę zmian blasku, gwiazdy zmienne dzielą się na dwie główne grupy: gwiazdy zmienne fizycznie oraz gwiazdy zmienne geometrycznie.

• Gwiazdy zmienne fizycznie to gwiazdy pojedyncze lub podwójne, których jasność zmienia się na skutek procesów zachodzących w samej gwieździe lub otaczającej ją materii. Ze względu na charakter i zakres zmian dzielimy je na następujące grupy:
  • gwiazdy pulsujące, w których struktura gwiazdy lub jej atmosfery ulega regularnym okresowym zmianom
  • gwiazdy zmienne atmosferycznie, w których następują nieregularne zmiany w atmosferach
  • gwiazdy wybuchowe, w których następuje jednorazowa lub powtarzająca się dramatyczna zmiana struktury

• Gwiazdy zmienne geometrycznie to gwiazdy pojedyncze lub podwójne, których jasność zmienia się na skutek zmiany orientacji gwiazdy względem obserwatora. Ze względu na charakter zmian gwiazdy te dzielimy na następujące grupy:
  • gwiazdy zaćmieniowe, czyli układy podwójne gwiazd, w których jeden składnik okresowo przesłania drugi składnik, a przyczyną obserwowanych zmian jest ruch orbitalny gwiazd
  • gwiazdy świecące niesferycznie, w których przyczyną obserwowanych zmian jest rotacja gwiazdy
  • zjawiska mikrosoczewkowania grawitacyjnego, w których przyczyną pojaśnienia gwiazdy jest mikrosoczewkowanie przez inny obiekt przechodzący w pobliżu linii widzenia od gwiazdy do obserwatora

Gwiazdy zmienne fizycznie

Gwiazdy pulsujące

Gwiazdy pulsujące zmieniają swój kształt okresowo lub prawie okresowo. W najprostszym przypadku pulsacji radialnych cała gwiazda puchnie i kurczy się, co prowadzi do zmiany jej promienia, jasności oraz barwy. Ze względu na okres gwiazdy te są dzielone dalej na gwiazdy zmienne krótkookresowe, z okresami pulsacji typowo rzędu dni i miesięcy, oraz zmienne długookresowe, z okresami pulsacji rzędu lat. Większość gwiazd pulsujących należy do pasa niestabilności na diagramie Hertzsprunga-Russela. Najbardziej znane rodzaje gwiazd pulsujących to:

• cefeidy
• gwiazdy typu W Virginis
• gwiazdy zmienne typu RR Lyrae
• gwiazdy zmienne typu delta Scuti
• gwiazdy zmienne typu ZZ Ceti
• gwiazdy zmienne typu Mira Ceti
• gwiazdy typu RV Tauri
• gwiazdy typu SX Phoenicis

Gwiazdy zmienne atmosferycznie

W atmosferach gwiazd, a w szczególności w chromosferach i koronach, występują zjawiska wywołane silnym polem magnetycznym. Aktywność magnetyczną obserwujemy na Słońcu, ale w innych gwiazdach zjawiska te mogą być znacznie silniejsze, prowadząc do nieregularnych rozbłysków na gwieździe. Z kolei w atmosferach lub otoczkach chłodnych gwiazd okresowo może dochodzić do wzmożonego tworzenia się pyłu, co prowadzi do przejściowego spadku jasności gwiazdy. Najbardziej znane gwiazdy z aktywnością atmosferyczną to:

• gwiazdy zmienne typu α² Canum Venaticorum
• gwiazdy zmienne typu R Coronae Borealis

Gwiazdy wybuchowe

Wybuch całkowicie niszczący dotychczasową strukturę gwiazdy to zjawisko supernowej, w którym gwiazda osiąga stadium gwiazdy neutronowej lub czarnej dziury. Specyficzną klasę gwiazd wybuchowych tworzą układy podwójne typu zmiennych kataklizmicznych, w których zachodzi wymiana masy pomiędzy składnikami. Przepływająca materia może powodować utworzenie wokół jednej z nich dysku akrecyjnego. Zmienność w takich układach może wiązać się z niestabilnościami w dysku akrecyjnym lub nieregularnością przepływu masy między składnikami. Z takim zjawiskiem mamy do czynienia w tzw. nowych karłowatych, które zmieniającą swój blask przez cykliczne rozbłyski, czy w przypadku nowych rentgenowskich. Osiadająca na powierzchni białego karła lub gwiazdy neutronowej materia akumuluje się, a następnie może ulec gwałtownemu spalaniu w reakcjach termojądrowych, co powoduje silny rozbłysk gwiazdy nowej (biały karzeł) lub aktywację berstera rentgenowskiego (gwiazda neutronowa).

Gwiazdy zmienne geometrycznie

Gwiazdy zaćmieniowe

Jeżeli układ dwóch gwiazd obserwujemy pod znacznym kątem do płaszczyzny orbity, to okresowo jedna z gwiazd przesłania drugą, co obserwuje się jako charakterystyczną zmianę jasności krzywej blasku. Przykłady gwiazd zmiennych zaćmieniowych:

• gwiazdy zmienne typu Algola
• gwiazdy zmienne typu W UMa
• gwiazdy zmienne typu beta Lyrae
• RZ Cassiopeiae

Gwiazdy świecące niesferycznie

Jeżeli gwiazda nie świeci sferycznie symetrycznie, ale silniej w jednym kierunku, jeżeli ma znaczne plamy na powierzchni albo jej powierzchnia jest odkształcona w wyniku działania sił pływowych towarzysza, to rotacja gwiazdy powoduje efekt zmiany jasności gwiazdy dla obserwatora. Przykłady takich gwiazd to:

• pulsary
• pulsary rentgenowskie
• gwiazdy typu BY Draconis
• gwiazdy typu RS Canum Venaticorum

Zjawiska mikrosoczewkowania grawitacyjnego

Pojaśnienie obserwowanej gwiazdy jest w tym przypadku spowodowane przejściem innej gwiazdy pomiędzy gwiazdą obserwowaną a obserwatorem i ogniskowaniem promieni świetlnych w kierunku obserwatora. Zjawisko mikrosoczewkowania wyjaśnia ogólna teoria względności. Pojaśnienie następuje bez zmiany barwy gwiazdy.

Zobacz też

• Nazewnictwo gwiazd zmiennych
• Układ kataklizmiczny

Linki zewnętrzne

Polskojęzyczne

• Gwiazdy zmienne, kanał Astronarium na YouTube, 16 października 2015 [dostęp 2023-10-05].

Anglojęzyczne

• OGLE Atlas of Variable Star Light Curves
• Amerykańskie Towarzystwo Obserwatorów Gwiazd Zmiennych
• General Catalogue of Variable Stars
• Laurent Eyer, Nami Mowlavi. Variable stars across the observational HR diagram. „Journal of Physics: Conference Series”. 118 (1), 2008. DOI: 10.1088/1742-6596/118/1/012010. arXiv:0712.3797.