A csillag forgása a csillag forgó mozgása a tengelye körül. A forgási sebesség mérhető a vonalak eltolódásával a spektrumában , vagy az aktív elemek (" csillagfoltok ") mozgási idejével a felületen. A csillag forgása a centrifugális erők hatására egyenlítői dudort hoz létre . Mivel a csillagok nem szilárd testek , eltérő forgással is rendelkezhetnek ; más szóval, egy csillag egyenlítője eltérő szögsebességgel foroghat, mint a magas szélességi körökben. Ezek a csillagon belüli forgási sebességbeli különbségek fontos szerepet játszhatnak a csillagok mágneses mezejének létrehozásában [1] .
A csillag mágneses tere kölcsönhatásba lép a csillagszellel . Mivel a csillagszél eltávolodik a csillagtól, és a mágneses tér kölcsönhatásba lép a széllel, e kölcsönhatás eredményeként a szögimpulzus a csillagról a szélre kerül, ami fokozatosan „elviszi” azt, és idővel ez az átvitel lelassítja a csillag forgásának sebességét.
Ha a csillagot nem a pólusa oldaláról figyeljük meg, akkor a felszín egyes részei közelednek a megfigyelőhöz, mások pedig távolodnak. A mozgásnak azt a komponensét, amely megközelíti a megfigyelőt, radiális sebességnek nevezzük. A Doppler-effektusból a hozzánk közeledő csillag korongjának egyes részei a vonalak eltolódását okozzák a spektrumában az ibolya végére, a távolodó pedig a vörösre. Természetesen a vonalak nem mozoghatnak egyszerre ellentétes irányba. A valóságban a vonal egy része a spektrum egyik végére tolódik, egy része a másik végére, aminek következtében a vonal megnyúlik, kitágul. Ebből a kitágításból megtudható, hogy a csillagok forognak-e a tengelyük körül, és a forgási sebesség növekedésével a csillag spektrumában lévő vonalak szélessége is megnő [2] . Ezt a tágulást azonban gondosan el kell különíteni az egyéb hatásoktól, amelyek a csillag spektrumában a vonalszélesség növekedését okozhatják.
Óriáscsillagok esetében a légköri mikroturbulenciák a csillag forgásánál sokkal nagyobb vonalszélesedéshez vezethetnek, ami súlyosan torzítja a jelet. Azonban egy alternatív megközelítés is használható az események gravitációs mikrolencséihez . Ez akkor történik, amikor egy hatalmas tárgy elhalad egy távolabbi csillag előtt, és lencseként működik, felnagyítva a képet [3] .
A sugárirányú sebességkomponens a csillag pólusának a látóvonalhoz viszonyított dőlésétől függ . A referenciakönyvekben a mért értéket mindig így adjuk meg , ahol a forgási sebesség az egyenlítőn, és a dőlés. Mivel az i szög nem mindig ismert, a mérési eredmény mindig a csillag forgási sebességének minimális értékét mutatja. Vagyis ha i nem derékszög , akkor a tényleges sebesség nagyobb, mint [2] . Ezt az értéket néha becsült forgási sebességnek is nevezik. Az egyenlítői forgási sebességek átlagos értékeit úgy határozzuk meg, hogy feltételezzük, hogy a tengelyek véletlenszerűen vannak orientálva a látóvonalhoz képest, és a következő képlet alapján: [4] .
Ha a csillag nagy mágneses aktivitást mutat, például "foltokat", akkor ezek a jellemzők a forgási sebesség becslésére is használhatók. De mivel a foltok nemcsak az egyenlítőn, hanem más helyeken is kialakulhatnak, sőt életük során a felszínen is átkerülhetnek, a csillagok ilyen differenciális forgása különféle mérési hatásokhoz vezethet [5] .
A csillagok mágneses aktivitása gyakran összefüggésbe hozható a gyors forgással, így ezzel a módszerrel az ilyen csillagok forgási sebessége is mérhető [6] . A "csillagpontok" megfigyelése kimutatta, hogy ez a tevékenység valóban megváltoztathatja a csillag forgási sebességét, mivel a mágneses mezők befolyásolják a gázok áramlását a csillag felszíne alatt [7] .
A gravitáció hajlamos arra, hogy egy égitestet tökéletes labdává alakítson, amelyben minden része a lehető legközelebb van a tömegközépponthoz . De a forgó csillagok nem gömb alakúak: az ilyen nem gömbszerűség egyik jele az egyenlítői dudor. Amikor egy csillag egy forgó protocsillagkorongból alakul ki, alakja egyre gömbölyűbbé válik, de ez a folyamat nem jut el egészen a tökéletes gömbig. A pólusokon a gravitáció az összenyomás növekedéséhez vezet, de az egyenlítőn a nyomást hatékonyan ellensúlyozza a centrifugális erő . A csillagok kialakulása utáni végső megjelenése egyensúlyi alakú, abban az értelemben, hogy az egyenlítői tartományban a gravitáció nem adhat gömb alakú csillagot. A forgás gravitációs elsötétülést is eredményez az egyenlítőn, amint azt von Zeipel tétele leírja . (Ez a tétel "sötétülést" jósol, vagyis a hőmérséklet-különbséget (néha több ezer fokot is meghaladó) a "hűvösebb" egyenlítői régió és a melegebb pólusok között.) Ha nem veszik figyelembe a csillagok egyenlítői régióinak gravitációs elsötétülését, az a csillagok forgási sebességének szisztematikus alulbecsléséhez vezethet [8] .
Az egyenlítői kidudorodással rendelkező csillagok szembetűnő példája a Regulus (α Oroszlán). Ennek a csillagnak a forgási sebessége az egyenlítőn 317±3 km/s. Ez 15,9 órás forgási periódusnak felel meg, ami 86%-a annak a sebességnek, amellyel a csillag szétszakadna.
Ennek a csillagnak az egyenlítői sugara 32%-kal nagyobb, mint a poláris sugara [9] . Más gyorsan forgó csillagok például a Vega , az Altair és az Achernar .
A feltörési sebesség egy olyan kifejezés, amelyet annak az esetnek a leírására használnak, amikor az egyenlítőn fellépő centrifugális erők egyenlőek a gravitációval. Stabil csillagok esetén a forgási sebességnek ennél az értéknél kisebbnek kell lennie [10] .
Differenciális forgás figyelhető meg olyan csillagokban, mint a Nap , amikor a forgási szögsebesség a szélesség függvényében változik. Általában a szögsebesség a szélesség növekedésével csökken. Azonban ennek ellenkezőjét is megfigyelték például a HD 31993 [11] [12] csillagnál . Az első csillag a Nap után, amelyre vonatkozóan a forgáskülönbség részleteit feltárták, az AB Dorado [1] [13] volt .
A különbségi forgást okozó fő mechanizmus a csillagon belüli konvekció turbulenciája . A konvektív mozgás a plazma mozgása miatt energiát ad át a felületre. Ez a plazmatömeg hordozza a csillag szögsebességének egy részét. A turbulencia tömeg- és nyomatékeltolódást okoz, amely meridionális áramok révén a különböző szélességi körök között újra elosztható [14] [15] .
Úgy gondolják, hogy a régiók közötti kölcsönhatások éles forgási sebességkülönbséggel a csillagok mágneses terét létrehozó dinamófolyamatok hatékony mechanizmusai . A csillag forgása és mágneses mezejének eloszlása között összetett kölcsönhatás is van, a mágneses energia mozgási energiává történő átalakulásával és a sebességeloszlás ennek megfelelő változásával [1] .
A csillagok egy alacsony hőmérsékletű gáz- és porfelhő összeomlásának eredményeként jönnek létre. Amint a felhő összeomlik, a szögimpulzus megmaradásának törvénye egy kiterjesztett felhő kis általános forgását is egy kompakt lemez nagyon gyors forgására változtatja. Ennek a korongnak a közepén protocsillag képződik , amelyet az összeomlás gravitációs energiája melegít fel.
Ahogy az implózió folytatódik, a forgási sebesség odáig növekszik, hogy a protocsillag akkréciós korongja az egyenlítőn ható centrifugális erő hatására felszakadhat. Így a forgási sebességet az első 100 ezer évben le kell lassítani, hogy elkerüljük ezt a forgatókönyvet. A lassulás egyik lehetséges magyarázata a protocsillag mágneses tere és a csillagszél kölcsönhatása lehet. A kiáramló szél elviszi a szögimpulzus egy részét, és lelassítja a jövő csillagának forgási sebességét [16] [17] .
Az F5 és O5 spektrumtípusú fősorozatú csillagok többsége gyorsan forog [9] [18] . Az ebbe az osztályba tartozó csillagok esetében a mért forgási sebesség a tömeggel nő. Ez a forgásnövekedés a fiatal, nagy tömegű B osztályú csillagokban tetőzik.Mivel a csillagok várható élettartama a tömeg növekedésével csökken, ez az életkor előrehaladtával a forgási sebesség csökkenésével magyarázható.
Spektrális osztály |
v e (km/s) [19] |
v max (km/s) [20] |
v neg (km/s) [20] |
[21] | t cf (óra) |
T av (nap) |
---|---|---|---|---|---|---|
Sötét csillagközi felhők , csillagkeletkezési régiók | egy | — | — | — | — | — |
O5 | 190 | 400 | — | 12 | ~70 | 3 |
B0 | 200 | 420 | 630 | 6 | 35 | 1.5 |
A0 | 190 | 320 | 500 | 2.25 | tizenöt | 0.6 |
F0 | 100 | 180 | 450 | 1.6 | húsz | 0.8 |
F5 | harminc | 100 | 400 | 1.4 | 60 | 2.5 |
G0 | négy | 100 | 400 | egy | 300 | 12 |
K, M | egy | — | — | 0.6 | >700 | >30 |
v e a csillagok átlagos forgási sebessége a forgástengelyek tetszőleges orientációját feltételezve; v max a legnagyobb megfigyelt forgási sebesség; v neg az a szétválási sebesség, amelynél az egyenlítői gravitációs vonzás erejét a centrifugális erő kiegyenlíti; a csillag sugara a nap sugaraiban ; t cf és T cf a keringési idő órákban, illetve napokban. |
Fősorozatú csillagok esetén a forgási sebesség csökkenése a matematikai összefüggés segítségével közelíthető meg:
ahol a szögsebesség az egyenlítőn és a csillag kora [22] . Ezt az összefüggést Skumanich törvényének nevezik ( Andrew P. Skumanich ), aki 1972-ben fedezte fel [23] .
Girokronológia (Gyrochronology) - a csillag korának meghatározása a forgási sebesség alapján, amelyben az eredményeket a Napra vonatkozó információk alapján kalibrálják [24] .
A csillagok lassan veszítenek tömegükből, ami a csillagszél segítségével kiáramlik a fotoszférából. A csillag mágneses tere kölcsönhatásba lép a kilökött anyaggal, ami a csillag impulzusának állandó átvitelét eredményezi. A 15 km/s-nál nagyobb forgási sebességű csillagok gyorsabb tömegveszteséget mutatnak, ezért gyorsabban lelassulnak. Így a csillag további forgásával a szögimpulzus elvesztésének sebessége csökken. Ilyen körülmények között a csillagok fokozatosan lelassulnak, de soha nem tudják elérni a forgás teljes hiányát [25] .
A szoros bináris rendszer olyan rendszer, amelyben két csillag egymáshoz képest olyan átlagos távolságban forog, amely megegyezik az átmérőjükkel. Ilyen távolságokon sokkal összetettebb kölcsönhatások indulnak el, mint a kölcsönös vonzás. Az ilyen rendszerekben például árapályhatások , tömegátadás, sőt ütközések is előfordulnak. Az árapály kölcsönhatások egy szoros bináris rendszerben a pálya- és forgási paraméterek megváltozásához vezethetnek. A rendszer teljes impulzusimpulzusa természetesen megmarad, de a szögimpulzus átvihető oly módon, hogy az egymás körüli forgási periódusok és a tengelye körüli forgási sebességek között periodikus változások következnek be [26] .
Egy szoros kettős rendszer minden tagja gravitációs kölcsönhatáson keresztül hat egy társcsillagra. A kidudorodások azonban kissé eltérhetnek a merőlegestől a gravitációs vonzás irányához képest. Így a gravitáció nyomatékot hoz létre a párkányon, ami a szögimpulzus átvitelét eredményezi. Ez ahhoz vezet, hogy a rendszer instabillá válik, bár megközelítheti a stabil egyensúlyi állapotot. A hatás összetettebb lehet olyan esetekben, amikor a forgástengely nem merőleges a pálya síkjára [26] .
Az érintkező vagy nagyon közeli binárisok esetében a tömegnek a csillagról a társára történő átvitele jelentős szögimpulzus-átvitelt is eredményezhet. Egy felszaporodó műhold akkor érhet el kritikus forgási sebességet, ha tömegveszteség kezdődik az Egyenlítő mentén [27] .
Miután egy csillag befejezte a fúziós energiatermelést , egy kompaktabb, degeneráltabb objektummá alakul. A folyamat során a csillag mérete jelentősen csökken, ami a szögsebesség megfelelő növekedéséhez vezethet.
A fehér törpe olyan csillag, amely élete első felében a termonukleáris fúzió melléktermékeként keletkező anyagból áll , de nincs elég tömege a termonukleáris reakció újragyújtásához. Ez egy kompakt test, amely a degenerált gáznyomás néven ismert kvantummechanikai hatás révén tartja fenn létezését , amely megakadályozza a csillag teljes összeomlását. Általában a legtöbb fehér törpe alacsony forgási sebességgel rendelkezik, valószínűleg a szögimpulzus elvesztése miatt, amikor az őscsillagok elvesztették burkukat [28] . (Lásd: bolygóköd .)
Egy lassan forgó fehér törpe nem lépheti túl a Chandrasekhar 1,44 naptömegű határát anélkül, hogy neutroncsillaggá válna vagy Ia típusú szupernóvaként fel nem robbanna . Ha egy fehér törpe eléri ezt a tömeget, például akkréció vagy ütközés következtében, a gravitációs erő meghaladja a degenerált gáz által kifejtett nyomást. Ha azonban a fehér törpe gyorsan forog, akkor az effektív gravitáció csökken az egyenlítői régióban, ami lehetővé teszi, hogy a fehér törpe túllépje a Chandrasekhar határértéket. Ilyen gyors forgás történhet például tömegnövekedés következtében , ami szögimpulzus átadásához vezet [29] .
A neutroncsillag egy nagyon sűrű csillagmaradvány, amely főként neutronrészecskékből áll, amelyek az atommag részét képezik, és nem rendelkeznek elektromos töltéssel . A neutroncsillag tömege 1,35 és 2,1 naptömeg tartományba esik . Az összeomlás következtében az újonnan képződött neutroncsillagok nagyon nagy, másodpercenként ezer fordulatszámú forgási sebességgel rendelkezhetnek [30] .
A pulzárok forgó neutroncsillagok, amelyek erős mágneses mezővel rendelkeznek. Az elektromágneses sugárzás keskeny nyalábja a forgó pulzárok pólusaiból származik. Ha a sugár a Naprendszer felé irányul, akkor a pulzár által keltett periodikus impulzusok regisztrálhatók a Földön. A mágneses tér által kibocsátott energia fokozatosan lelassítja a forgási sebességet, aminek következtében a régi pulzárok impulzusai több másodperces periódusúak [31] .
A fekete lyuk olyan tárgy, amelynek gravitációs tere elég erős ahhoz, hogy megakadályozza a fény kiszökését a felszínéről. Amikor egy forgó masszív csillag összeomlásából keletkeznek, megtartják mindazt a szögimpulzusukat, amely nem kilökődött gázként. Ez a forgás hatására a fekete lyukat körülvevő ergoszféra lapos gömbnek tűnik . A fekete lyukba eső anyag egy része anélkül kilökődik, hogy beleesne a fekete lyukba. Amikor ez a tömegkidobás megtörténik, a fekete lyuk elveszíti szögimpulzusát (az úgynevezett " Penrose-folyamat ") [32] . Egy fekete lyuk forgási sebessége nagyobb lehet, mint a fénysebesség 98,7%-a [33] .
Szótárak és enciklopédiák |
---|