The teacher introduces the classification of stars.
Stellar classification: The stellar classification is based on stars’ spectra. The stellar spectrum is characterised by three basic parameters:
- temperature, - gas pressure, - chemical composition.
In the Morgan‑Keenan (MK) system, there are seven main spectral types of stars ordered of decreasing temperature: O, B, A, F, G, K, and M. Each type has subclasses from 0 to 9 (hottest to coolest star of certain type e.g. B4, G7). The colour of a star is determined by its surface temperature.
[Table 1]
[Illustration 1]
An additional parameter used in the classification is luminosityluminosityluminosity of a star (The Yerkes Luminosity Classes).
Definition:
LuminosityluminosityLuminosity describes the brightness of a star (or galaxy). Luminosity is the total amount of energy that a star radiates each second (including all wavelengths of electromagnetic radiation).
The Hertzsprung‑Russell diagram: The relationship between the average surface temperature of stars (spectral type) and their absolute luminosity is presented by the Hertzsprung‑Russell diagram (the H‑R diagram). The absolute luminosity of stars is telling how brigth they would appear if they were all the same distance, equal to 10 parsecs.
[Illustration 2]
Main sequence stars; Main sequencemain sequenceMain sequence stars are the central band of stars on the H‑R Diagram. They are usually young stars. Their energy comes from nuclear fusion (conversion of hydrogen into helium). About 90% stars belong to the Main Sequence Stars.
The Sun is a G2V type star – a yellow dwarf.
Dwarf stars: Dwarf stars are relatively small stars. Their size can be up to 20 times larger than the Sun’s size and luminosityluminosityluminosity up to 20000 times higher.
Yellow dwarfs are small stars of spectral type G, a weight between 0,7 and 1 times the solar mass, and a surface temperature of about 6000°C. They are bright yellow or almost white. Yellow dwarfs are about 10% of stars in the Milky Way.
Red dwarfs are small, cool, very faint, main sequencemain sequencemain sequence stars. Their surface temperature is under 4000 K. Red dwarfs are the most common type of star.
To the giant and supergiant stars belong mainly the old large stars.
Red giants: A red giant is an old star with a diameter about 100 times larger than it was at its beginning. Its surface temperature is under 6500 K.
Blue giant: A blue giant is a huge, very hot, blue star.
Supergiant: Supergiants are the largest known stars. Some of them are as big as our entire Solar System. They have extreme masses and hence relatively short lifetime of only 10 to 50 million years.
Dead stars:
White dwarfs: White dwarfs are small, very dense, hot stars. They are remnants of red giantgiantgiant stars. Their size is comparable with the Earth’s size, but these stars are much denser.
Neutron star: A neutron starneutron starneutron star is a very small, very dense star. It is composed mostly of neutrons and has a thin atmosphere consisting of hydrogen. It has a diameter of about 5‑15 km.
Pulsar: A pulsarpulsarpulsar is a rapidly spinning neutron starneutron starneutron star. Its radiation can be observed only when the beam of emission is pointing toward the Earth.
Black holes: A black holeblack holeblack hole is a part of space where a great amount of matter is packed into a very small area. The gravitational field of black holes is so strong that nothing, no particles and no electromagnetic radiation can escape from inside it.
Evolution of stars: The radiation emitted by stars is a result of thermonuclear reactions taking place deep in their cores. In these reactions light elements are converted into heavier and enormous energy is released. There is enough pressure due to energy flow from the core to the outer parts of the star to keep it from collapsing under its weight. When nuclear reactions slow down due to the lack of elements a star starts to collapse. The dying star expands in the giantgiantgiant or supergiant phase. The star will eventually explode and become a planetary nebula or supernova. Finally it turns into a white dwarf stardwarf stardwarf star, neutron starneutron starneutron star or is getting a black holeblack holeblack hole. The final state of a star depends of its initial mass.
Klasyfikacja gwiazd opiera się na widmach gwiazd. Związek między średnią temperaturą powierzchni gwiazd a ich absolutną jasnością przedstawiono na diagramie Hertzsprunga‑Russella. Wszystkie gwiazdy przechodzą ewolucję.
md66a251ed90d6669_1527752256679_0
Rl3XyGlC8xBew1
Na jasność gwiazd wpływa nie tylko ich temperatura, ale zależy ona również od wielkości gwiazdy. Gwiazdy o największej jasności to te, które są gorące i duże. Dla grupy gwiazd o tej samej temperaturze, klasa jasności rozróżnia ich rozmiary (naolbrzymy, olbrzymy, gwiazdy głównego ciągu i podkarły).
md66a251ed90d6669_1528449000663_0
Gwiazdy i ich ewolucja
md66a251ed90d6669_1528449084556_0
Trzeci
md66a251ed90d6669_1528449076687_0
XII. Elementy fizyki relatywistycznej i fizyka jądrowa. Uczeń:
18) opisuje elementy ewolucji gwiazd; omawia supernowe i czarne dziury.
md66a251ed90d6669_1528449068082_0
45 minut
md66a251ed90d6669_1528449523725_0
Opisywanie etapów ewolucji gwiazd.
md66a251ed90d6669_1528449552113_0
1. Wyjaśnianie kryteriów klasyfikacji gwiazd.
2. Omawianie supernowych i czarnych dziur.
md66a251ed90d6669_1528450430307_0
Uczeń:
- wyjaśnia, w jaki sposób klasyfikowane są gwiazdy,
- opisuje różne rodzaje gwiazd.
md66a251ed90d6669_1528449534267_0
1. Dyskusja.
2. Analiza tekstu.
md66a251ed90d6669_1528449514617_0
1. Praca indywidualna.
2. Praca grupowa.
md66a251ed90d6669_1528450127855_0
Uczniowie prezentują swoją wiedzę o gwiazdach.
Czym jest gwiazda? Czym jest galaktyka?
md66a251ed90d6669_1528446435040_0
Nauczyciel wprowadza klasyfikację gwiazd.
Klasyfikacja gwiazd: Klasyfikacja gwiazd opiera się na widmach gwiazd. Widmo gwiazdowe charakteryzuje się trzema podstawowymi parametrami:
- temperatura, - ciśnienie gazu, - skład chemiczny.
W systemie Morgana‑Keenana (MK) istnieje siedem głównych typów widmowych gwiazd uporządkowanych według malejącej temperatury: O, B, A, F, G, K i M. Każdy typ ma podklasy od 0 do 9 (od najgorętszej do najchłodniejszej danego rodzaju, np. B4, G7). Kolor gwiazdy zależy od jej temperatury powierzchni.
[Tabela 1]
[Ilustracja 1]
Dodatkowym parametrem stosowanym w klasyfikacji jest jasność gwiazdy (Klasa jasności Yerkes).
Definicja:
Jasność opisuje blask gwiazdy (lub galaktyki). Jasność to całkowita ilość energii, którą gwiazda emituje w każdej sekundzie (w całym zakresie długości fal promieniowania elektromagnetycznego).
Na jasność gwiazd wpływa nie tylko ich temperatura, ale zależy ona również od wielkości gwiazdy. Gwiazdy o największej jasności to te, które są gorące i duże. Dla grupy gwiazd o tej samej temperaturze, klasa jasności rozróżnia ich rozmiary (naolbrzymy, olbrzymy, gwiazdy głównego ciągu i podkarły).
[Tabela 2]
Diagram Hertzsprunga‑Russella: Związek między średnią temperaturą powierzchni gwiazd (typem widmowym) a ich absolutną jasnością przedstawiono na diagramie Hertzsprunga‑Russella (diagram H‑R). Jasność absolutna gwiazd mówi o tym, jak byłyby jasne, gdyby znajdowały się w tej samej odległości, równej 10 parseków.
[Ilustracja 2]
Gwiazdy ciągu głównego: Gwiazdy ciągu głównego to centralne pasmo gwiazd na diagramie H‑R. Są to zazwyczaj młode gwiazdy. Ich energia pochodzi z fuzji jądrowej (przemiany wodoru w hel). Około 90% gwiazd należy do gwiazd głównego ciągu.
Słońce to gwiazda typu G2V - żółty karzeł.
Karły: Karły są stosunkowo małymi gwiazdami. Ich rozmiar może być nawet 20 razy większy niż rozmiar Słońca a jasność do 20000 razy większa.
Żółte karły są małymi gwiazdami typu widmowego G, o masie pomiędzy 0,7 i 1 masy Słońca i temperaturze powierzchni około 6000°C. Są jasnożółte lub prawie białe. Żółte karły to około 10% gwiazd w Drodze Mlecznej.
Czerwone karły to małe, chłodne, bardzo blade gwiazdy ciągu głównego. Ich temperatura powierzchni wynosi poniżej 4000 K. Czerwone karły są najbardziej rozpowszechnionym rodzajem gwiazdy.
Olbrzymy i nadolbrzymy:
Do olbrzymów i nadolbrzymów należą głównie duże stare gwiazdy.
Czerwone olbrzymy: Czerwony olbrzym to stara gwiazda o średnicy około 100 razy większej niż na początku. Jego temperatura powierzchni wynosi poniżej 6500 K.
Niebieskie olbrzymy: Niebieski olbrzym to ogromna, bardzo gorąca, niebieska gwiazda.
Nadolbrzymy: Nadolbrzymy są największymi znanymi gwiazdami. Niektóre z nich są tak duże, jak cały nasz Układ Słoneczny. Mają ekstremalne masy, a zatem stosunkowo krótki czas życia zaledwie od 10 do 50 milionów lat.
Martwe gwiazdy:
Białe karły: Białe karły to małe, bardzo gęste, gorące gwiazdy. Są pozostałościami czerwonych olbrzymów. Ich rozmiar jest porównywalny z rozmiarem Ziemi, ale te gwiazdy są znacznie gęstsze.
Gwiazda neutronowa: Gwiazda neutronowa to bardzo mała, bardzo gęsta gwiazda. Składa się głównie z neutronów i ma cienką atmosferę składającą się z wodoru. Ma średnicę około 5‑15 km.
Pulsar: Pulsar jest szybko wirującą gwiazdą neutronową. Jego promieniowanie można zaobserwować tylko wtedy, gdy wiązka promieniowania jest skierowana w stronę Ziemi.
Czarne dziury: Czarna dziura jest częścią przestrzeni, w której duża ilość materii jest upakowana w bardzo małym obszarze. Pole grawitacyjne czarnych dziur jest tak silne, że nic, żadne cząstki i żadne promieniowanie elektromagnetyczne nie może uciec z wnętrza.
Ewolucja gwiazd: Promieniowanie emitowane przez gwiazdy jest wynikiem reakcji termojądrowych zachodzących głęboko w ich jądrach. W tych reakcjach lekkie pierwiastki zamieniają się w cięższe i uwalniana jest ogromna ilość energii. Ciśnienie występujące wewnątrz gwiazdy wynikające z przepływu energii z jądra do zewnętrznych części gwiazdy jest wystarczające, aby zapobiec jej zapadnięciu się pod własnym ciężarem. Kiedy reakcje jądrowe zwalniają z powodu braku pierwiastków, gwiazda zaczyna się zapadać. Umierająca gwiazda rozszerza się w fazie olbrzymiej lub nadolbrzymiej. Gwiazda ostatecznie eksploduje i staje się mgławicą planetarną lub supernową. W końcu zamienia się w białego karła, gwiazdę neutronową lub zostaje czarną dziurą. Ostateczny los gwiazdy zależy od jej masy początkowej.
[Grafika interaktywna]
md66a251ed90d6669_1528450119332_0
Klasyfikacja gwiazd opiera się na widmach gwiazd. Związek między średnią temperaturą powierzchni gwiazd a ich absolutną jasnością przedstawiono na diagramie Hertzsprunga‑Russella. Wszystkie gwiazdy przechodzą ewolucję.