Na hvězdárně se nyní stále něco děje – ale co přesně? Hlavní a největší částí modernizace hvězdárny je KKC, kromě toho nám ale přibyly nové kopule, renovuje se kamerová technika a mnoho dalšího...
S blížícím se koncem roku bych rád nabídl krátké ohlédnutí za činností astronomického kroužku a klubu v letošním školním roce. Orientace podle školního roku je sice trochu zavádějící, protože během jednoho kalendářního roku jeden školní rok končí a další začíná, ale v praxi to příliš nevadí. Pracujeme totiž převážně se stejnými dětmi, které se k nám pravidelně vracejí. Proto si dovolím zmínit i několik aktivit z předchozího školního roku.
Jako každý rok se i letos sešli nadšení pozorovatelé ze širokého okolí, aby pod rouškou tmy ulehli na hvězdárenské louce a společně číhali na krásné Perseidy, jejichž aktivita právě večer 12. srpna vrcholila. Ti, kteří spatřené meteory počítali, hlásili za večer až 29 perseid, což je číslo vskutku krásné. K vidění ovšem nebyly jen „padající hvězdy“, v kopuli hlavní budovy byla také možnost dalekohledem sledovat Měsíc, jasné hvězdy a okolo jedenácti hodin i Saturn.
„Troufám si říci, že se akce velmi vydařila. Děkujeme všem za návštěvu a těšíme se na další ročník,“ dodává nakonec ředitel hvězdárny.
Jedním z důležitých parametrů analýzy erupcí u chromosféricky aktivních hvězd je určení celkové uvolněné energie. Jednou z metod, kterou jsme použili pro výpočty energií pro GJ 3236, je využití známých parametrů – svítivosti hvězdy a svítivosti erupce. V nové publikaci „A study of flare emission in DV Psc using TESS data“, D. Lahiri, Astrophysic and Space Science, 2023 (dále publikace 189), se objevil kompilát informací o dalších možnostech výpočtu energií erupcí jinými metodami. Můžeme tyto metody mezi sebou porovnat, zda pomocí jiných vzorců získáme podobné výsledky.
Další z uvedených možností v publikaci (189) je výpočet energie erupce na základě znalosti teploty erupce a aktivní plochy erupce, výpočet energie erupce z plochy hvězdné skvrny a poslední možností je výpočet energie z rekonexe magnetických siločar (z výpočtu délky erupční smyčky).
Při výpočtech se zaměříme na případy dvou supererupcí uvedených v publikaci (189) f1 a f3, kde autoři předpokládají uvolněnou energii nad 1035 erg.
1) Výpočet energie erupce na základě teploty erupce a její plochy
Plocha eruptivní oblasti se vypočítá ze vztahu
Výsledky výpočtu plochy erupce jsou uvedeny v tabulce 2 publikace (189). Parametry R, B nejsou v publikaci podrobně popisovány a hodnota F/Fav je uvedena v tabulce 1. Pro erupce f1 a f3 jsou uvedeny hodnoty 11,06.1019 cm2 = 1,106.1016 m2 a 20,91.1019 cm2 = 2,091.1016 m2.
Výpočet svítivosti erupce se provede podle vzorce
Lflare = . T4 flare . A flare
Kde za T se považuje teplota aktivní oblasti, která se zpravidla pohybuje kolem 10 000 K. Pak svítivost erupce f1 je rovno
Lflare1 = 5,67.10-8. 10 000 4. 1,106.1016 = 6,27.1024 J = 6,27.1031 erg/s
Celková uvolněná energie erupce se spočítá podle následujícího vztahu
Eflare1 = Lflare1 (t) dt = 6,27.1031. 2332 s = 1,46.1035 erg
Čas (t) trvání erupce je odečten z grafu světelné křivky (obrázek 2 (189)).
Stejným způsobem spočítáme hodnotu uvolněné energie erupce f3
Lflare3 = 5,67.10-8. 10 000 4. 2,091.1016 = 1,19.1025 J = 1,19.1032 erg/s
Es flare3 = Lflare3 (t) dt = 1,19.1032. 2074 s = 2,46.1035 erg
2) Výpočet energie erupce z plochy hvězdné skvrny
Tento výpočet probíhá ve třech krocích – výpočet rozdílu teplot fotosféry a hvězdné skvrny, výpočet plochy hvězdné skvrny a výpočet energie erupce z plochy skvrny a indukce magnetického pole.
1) Na výpočet rozdílu teplot mezi fotosférou a hvězdnou skvrnou lze použít vztah publikovaný Herbstem (2021)
Tstar – Tspot = 3,58.10-5 T2 star + 0,0188 T star – 239,3
Budeme předpokládat, že k erupcím dochází na primární složce DV Psc, která má povrchovou teplotu 4450 K
Tstar – Tspot = 3,58.10-5 44502 K + 0,0188 . 4450 K – 239,3 = 553 K
2) Pro výpočet plochy hvězdné skvrny je možné použít vzorec z publikace Maehara (2012) a Shibata (2013)
Aspot = F spot / F . (A star) . ((1-(Tspot/Tstar)4)-1 ,
kde hodnota F spot / F se dá určit z fotometrie části hvězdy bez skvrny a se skvrnou (variace světelné křivky v závislosti na fázi). Hodnoty pro erupce f1 a f3 jsou uvedeny v textu publikace (189) v kapitole 6.2. (pro f1 = 0,066 a f3 = 0,031). A star je plocha disku hvězdy. Pak
Aspot f1 = 0,066 . 3,14.(4,94.1010 cm)2 . ((1-((4450-553)/4450)4)-1 =
0,066 . 7,66.1021 . 2,43 = 1,22.1021 cm2
Stejný postup zvolíme i pro erupci f3,
Aspot f3 = 0,031 . 3,14.(4,94.1010 cm)2 . ((1-((4450-553)/4450)4)-1 =
0,031 . 7,66.1021 . 2,43 = 5,77.1020 cm2
3) Výpočet energie vzplanutí z plochy skvrn a indukce magnetického pole
Es flare = f . Emag = f . B2 (Aspot)3/2 / 8
Indukce magnetického pole B v blízkosti hvězdných skvrn se odhaduje v rozmezí 500 – 2000 G (intenzitu je možné měřit pomocí Zeemanova dopplerovského zobrazení spektrálních čar). Ve vzorci se vyskytuje koeficient f jako podíl magnetické energie, která se může uvolnit během rekonexe (Shibata 2013). Uvádí se hodnota 10 %.
Energie erupce f1 pro hodnotu indukce magnetického pole 500 G
Es flare1 = f . Emag = 0,1 . 5002 (1,22.1021)3/2 / 8 = 0,419.1035 erg
Energie erupce f1 pro hodnotu indukce magnetického pole 2000 G
Es flare1 = f . Emag = 0,1 . 20002 (1,22.1021)3/2 / 8 = 6,700.1035 erg
Energie erupce f3 pro hodnotu indukce magnetického pole 500 G
Es flare3 = f . Emag = 0,1 . 5002 (5,77.1020)3/2 / 8 = 0,138.1035 erg
Energie erupce f3 pro hodnotu indukce magnetického pole 2000 G
Es flare3 = f . Emag = 0,1 . 20002 (5,77.1020)3/2 / 8 = 2,200.1035 erg
3) Výpočet energie erupce ze známé indukce magnetického pole a délky erupční smyčky.
Výpočet závisí na znalosti hodnoty indukce magnetického pole B a délky erupční smyčky L. Ve vzorci se vyskytuje koeficient f jako podíl magnetické energie, která se může uvolnit během rekonexe (Shibata 2013). Uvádí se hodnota 10 %.
Es flare = f . L3 . B2 / 2
Po dosazení parametrů dostáváme hodnoty uvolněné energie
Es flare 1 = 0,1 . (6,68.1010)3 . 5002 / 6,28 = 11,86.1035 erg
Es flare 3 = 0,1 . (8,57.1010)3 . 5002 / 6,28 = 25,06.1035 erg
4) Výpočet energie erupce ze známé svítivosti hvězdy a svítivosti erupce
K výpočtu celkové uvolněné energie erupce je potřeba znát celkovou svítivost dvojhvězdy DV Psc, amplitudu zjasnění erupce a délku jejího trvání. Z literatury známe hodnoty svítivosti obou složek DV Psc L1+L2 = 7,118.1025 W + 1,683.1025 W = 8,801.1025 W. Hodnoty maxima svítivosti erupce v magnitudách zjistíme ze světelné křivky (viz obrázek 1 a 2). Pro f1 = 0,2 mag. a pro f3 = 0,37 mag. Délka trvání erupce je f1 = 2332 sekundy a f3 = 2074 sekundy.
Svítivost erupce v maximu spočítáme pomocí Pogsonovy rovnice
Ls max = Ls . 10-0,4x(- mag) – Ls
Ls max f1 = 8,801.1025 . 10-0,4x (-0,2 mag) – 8,801.1025 = 1,78.1025 W
Es flare1 = 1,78.1025 W . 2332 s / 2 = 2,07.1028 J = 2,07.1035 erg
Ls max f3 = 8,801.1025 . 10-0,4x (-0,37 mag) – 8,801.1025 = 3,57.1025 W
Es flare 3 = 3,57.1025 W . 2074 s / 2 = 9,12.1028 J = 9,12.1035 erg
V publikaci (189) se také objevuje vzorec pro výpočet délky erupční smyčky
l = 1,64.109 . ( t decay / 100 s ) 2/5 . ( Es flare / 1030 erg ) 1/5 cm
Pak pro erupce f1 a f3 vychází délky erupčních smyček
l f1 = 1,64.109 . ( 2332 s / 100 s ) 2/5 . ( 2.07.1035 erg / 1030 erg ) 1/5 cm = 6,68.1010 cm
l f3 = 1,64.109 . ( 2074 s / 100 s ) 2/5 . ( 9,12.1035 erg / 1030 erg ) 1/5 cm = 8,57.1010 cm
Vzdálenost složek dvojhvězdy DV Psc je 1,4.1011 cm, takže erupční smyčky zasahují do poměrně velké vzdálenosti od povrchu hvězdy. V případě erupce f1 do 47 % vzdálenosti hvězd, f3 do vzdálenosti 61 %.
Na výše uvedeném případě výpočtů energií erupcí lze ukázat, že se dají použít různé metody a vztahy, ale zárověň dojdeme řádově k podobným výsledkům.
Obrázek č.1. Světelná křivka erupce f1 DV Psc. Jsou na ní vyznačeny základní parametry, délka trvání erupce a její amplituda.
Obrázek č.2. Světelná křivka erupce f3 DV Psc. Jsou na ní vyznačeny základní parametry, délka trvání erupce a její amplituda.
autor: Ladislav Šmelcer