PředmětyPředměty(verze: 809)
Předmět, akademický rok 2017/2018
   Přihlásit přes CAS
Astrofyzika II - NAST014
Anglický název: Astrophysics II
Zajišťuje: Astronomický ústav UK (32-AUUK)
Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
Platnost: od 2012
Semestr: letní
E-Kredity: 6
Rozsah, examinace: letní s.:4/0 Zk [hodiny/týden]
Počet míst: neomezen
Minimální obsazenost: neomezen
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: čeština
Způsob výuky: prezenční
Další informace: http://sirrah.troja.mff.cuni.cz/~mira/astrofyzika2/
Garant: prof. RNDr. Petr Harmanec, DrSc.
doc. Mgr. Miroslav Brož, Ph.D.
Kategorizace předmětu: Fyzika > Astronomie a astrofyzika
Anotace -
Poslední úprava: T_AUUK (24.05.2001)

Základy termodynamiky plazmatu v nitru hvězd: Střední molekulová hmotnost, Avogadrův zákon, stavové rovnice hvězdné látky. Rovnice vnitřní stavby hvězd, jejich matematická struktura. Okrajové podmínky, metody výpočtu stavby a vývoje hvězd. Vývoj osamocených hvězd. Modely hvězdného vývoje se započtením rotace. Hvězdný vítr a ztráta hmoty hvězd. Stavba a vývoj dvojhvězd. Testy teorie stavby a vývoje hvězd: Hvězdokupy, apsidální pohyb ve dvojhvězdách. Jednoduché (polytropní) modely hvězd a jejich význam, teorie radiálních pulsací. Typy pozorovaných hvězd a jejich vývojová stádia. Pro 4.r. AA.
Literatura
Poslední úprava: doc. Mgr. Miroslav Brož, Ph.D. (04.04.2012)

Harmanec P., Brož M.: Stavba a vývoj hvězd, Matfyzpress, Praha, 2011

Carrol B.W., Ostlie D.A: An Introduction to Modern Astrophysics, Pearson, Addison Wesley, San Francisco, 2007

Kippenhahn R., Weigert A.: Stellar structure and evolution, Springer, Heidelberg 1994

Schatzman E.L., Praderie F.: The Stars, Springer, Heidelberg 1993

Stix, M.: The Sun. An Introduction, Astronomy and Astrophysics Library, Springer-Verlag, Berlin, 2002

Rose W.K.: Advanced Stellar Astrophysics, Cambridge University Press, Cambridge, 1998

Bohm-Vitense E.: Introduction to Stellar Astrophysics, Vol. 1-3, CUP 1992

Harwitt M.: Astrophysical Concepts, J. Willey and Sons, New York 1973

Hansen C.J., Kawaler S.D.: Stellar Interiors, Springer, Heidelberg 1994

Mihalas D.: Stellar Atmospheres, W.H. Freeman and Co., San Francisco 1980

Tayler R.J.: The Stars: their structure and evolution, CUP 1994

Vanýsek V.: Základy astronomie a astrofyziky, Academia, Praha 1980

Metody výuky
Poslední úprava: T_AUUK (31.03.2008)

Přednáška

Požadavky ke zkoušce
Poslední úprava: doc. Mgr. Miroslav Brož, Ph.D. (06.10.2017)

Zkouška je ústní, sestávající ze 3 obsáhlejších otázek.

Požadavky odpovídají syllabu, resp. základní učebnici Harmanec a Brož (2011), v tom rozsahu, který byl prezentován na přednášce. Známka se stanovuje dle správnosti nebo chybnosti odpovědí, včetně doplňujících otázek.

Sylabus -
Poslední úprava: doc. Mgr. Miroslav Brož, Ph.D. (04.04.2012)

1 Úvod

1.1 Vznik teorie

1.2 Model našeho Slunce

Lithiový problém

Neutrinový problém

3 Stavová rovnice

3.1 Střední molekulová hmotnost

Atomová hmotnost

Látkové množství, gramatom, grammolekula

Molární hmotnost, molekulová hmotnost

Střední molekulová hmotnost

3.2 Ideální plyn

3.3 Tlak záření

3.4 Elektronová degenerace

Úplná degenerace

3.5 Částečná ionizace v povrchových vrstvách

Iterační řešení

Složitější stavové rovnice

Kompaktní objekty

4 Základní rovnice stavby hvězd

4.1 Rovnice zachování hmoty

4.2 Pohybová rovnice a rovnice hydrostatické rovnováhy

4.3 Rovnice tepelné rovnováhy

4.3.1 Proton-protonový řetězec

4.3.2 CNO cyklus

4.3.3 Přeměna hélia na uhlík a další reakce

4.3.4 Tepelná rovnováha a změny entropie

4.4 Rovnice přenosu energie

4.4.1 Rovnice zářivého přenosu energie * (odvození rovnice přenosu záření viz NAST013 Astrofyzika I, zdroje opacity viz NAST024 Elementární procesy)

Rovnice přenosu záření ve sférické symetrii

Integrální veličiny

1. integrál rovnice přenosu

2. integrál rovnice přenosu

Rozvoj skoro izotropní intenzity

Kirchhoffův zákon

Rosselandova střední opacita

Odhad střední volné dráhy a toku

Poznámka o difuzním formalismu

4.4.2 Rovnice konvektivního přenosu energie

Podmínka pro konvekci

Odvození adiabatického gradientu teploty

Jednotný zápis zářivé a konvektivní rovnováhy

Podpovrchové vrstvy

5 Matematická struktura rovnic hvězdného nitra

5.1 Stacionární model

5.2 Vývojový model

5.3 Dynamický model

6 Počáteční a okrajové podmínky

6.1 Počáteční podmínky

6.2 Okrajové podmínky v centru

6.3 Okrajové podmínky na povrchu

6.3.1 Fotosféra

6.3.2 Podfotosférické vrstvy

7 Henyeova numerická metoda integrace vnitřních částí hvězdy

7.1 Metoda úplné linearizace

Diskretizace

Okrajové podmínky v centru

Vnější okrajové podmínky

Linearizace

Iterace

Časový krok

7.2 Meze linearizace

8 Vývoj osamocené hvězdy

8.1 Ilustrativní příklad: vývoj hvězdy o hmotnosti 4 M_Slunce

8.2 Odlišnosti hvězdného vývoje v závislosti na hmotnosti hvězdy

Vliv počátečního obsahu hélia a těžších prvků

9 Srovnání předpovědí teorie hvězdného vývoje s pozorováním

9.1 Jak získávat pozorovací data?

Zářivý výkon hvězdy

Efektivní teplota hvězdy

Hmotnosti a poloměry hvězd

Diagram V versus (B-V) pro hvězdokupy

9.2 Vysvětlení hlavních rysů Hertzsprungova-Russellova diagramu

9.3 Projevy vývoje ve hvězdokupách

9.4 Projevy vývoje ve dvojhvězdách

9.5 Změny chemického složení pozorované ve spektrech

9.6 Test vnitřní struktury hvězd pomocí apsidálního pohybu

9.6.1 Apsidální pohyb v klasické mechanice

9.6.2 Relativistický apsidální pohyb

9.6.3 Celkový apsidální pohyb

9.7 Projevy vývoje za dobu lidské historie

10 Jednoduché analytické modely a odhady

10.1 Polytropní děj

Konkrétní případ stavové rovnice hvězdné látky

Obecnější odvození z 1. věty termodynamické

10.2 Laneova-Emdenova diferenciální rovnice

10.3 Polytropní modely hvězd

Hustota

Tlak

Teplota

Hmota obsažená v kouli

Srovnání polytropních modelů se standardním modelem Slunce

Chandrasekharova mez

11 Hvězdný vítr a ztráta hmoty z hvězd

11.1 Observační fakta

Pozorovací důkazy větru u chladných hvězd

Důkazy pro horké hvězdy

Úniková rychlost

11.2 Parkerova teorie větru u chladných hvězd

Nestabilita isotermální atmosféry

Hydrodynamické rovnice

11.3 CAK teorie hvězdného větru řízeného zářením

Zrychlení působené zářením

Vliv metalicity na vítr

Časová modulace hvězdného větru

11.4 Vliv hvězdného větru na vývoj hvězd

Parametrický popis větru

Vliv větru

12 Vliv rotace

12.1 Rocheův model a jednoduché odhady

Odhady poloměrů hvězd

Minimální rotační perioda

Maximální rotační perioda

12.2 Modely hvězdného vývoje se započtením rotace

Vektorový tvar rovnic stavby

Různé modely rotujících hvězd

12.3 Některé výsledky vývoje rotujících hvězd

Vývoj rotační rychlosti

Vliv na vývojové dráhy v HR diagramu

Vliv na povrchové chemické složení

Srovnání s pozorováním

Vliv metalicity na rotační nestabilitu

13 Vývoj dvojhvězd

13.1 Rocheův model a jednoduché odhady

Fyzikální klasifikace dvojhvězd

13.2 Výpočet hvězdného vývoje ve stadiu výměny hmoty

Vzdálenost složek dvojhvězdy

Nekonzervativní přenos hmoty

Model hvězdného nitra

13.3 Některé výsledky modelování vývoje dvojhvězd

Příklad konkrétní dvojhvězdy 4 M_Slunce a 3,2 M_Slunce

13.4 Modely vývoje dvojhvězd versus pozorování

Vývojový paradox

Hvězdy se závojem

Excentrické dráhy

Magnetické polary

14 Pulsace hvězd *

14.1 Radiální pulsace sférických hvězd

14.1.1 Podmínka pro vznik pulsací

14.1.2 Opacitní mechamismus pulsací

14.1.3 Hrubý odhad periody radiálních pulsací

14.1.4 Vztahy perioda - zářivý výkon - barva

14.2 Kinematika neradiálních pulsací

14.2.1 Sektorální pulsace rotujících hvězd

14.3 Hydrodynamika pro jednoduché vlnění * (vlnění ve 3D a asteroseismologie viz NAST001 Sluneční fyzika)

Základní rovnice hydrodynamiky

Rovnovážný stav

Perturbace

14.3.1 Akustické vlny v homogenním prostředí (p-módy)

14.3.2 Vnitřní gravitační vlny (g-módy)

14.3.3 Povrchové gravitační vlny (f-módy)

Přesná sférická řešení

15 Gravitační kolaps protohvězd

15.1 Způsoby ochlazování

15.2 Vývoj před hlavní posloupností, Hayashiho linie

Počáteční kolaps protohvězd (k Hayashiho linii)

Kolaps ke hlavní posloupnosti (od Hayashiho linie)

Poloha Hayashiho linie

15.3 Minimální Jeansova hmotnost

15.4 Eddingtonova mez

16 Explozivní stadia ve vývoji hvězd

16.1 Supernovy vznikající kolapsem jádra

Energetická bilance

Pozorování neutrin ze SN 1987 A

16.1.1 Mechanismus neutrinové bomby

16.1.2 Záblesky záření gama (GRB)

16.1.3 Nukleosyntéza r-procesem

16.1.4 Dosvit a zbytky po supernovách

16.2 Supernovy vznikající explozí bílého trpaslíka

16.2.1 Laminární rychlost deflagrace

16.2.2 Chapmanova-Jouguetova rychlost detonace

16.2.3 Rayleighova-Taylorova nestabilita

17 Typy pozorovaných hvězd a jejich vývojová stadia *

17.1 Horké hvězdy spektrálního typu O a Wolfovy-Rayetovy hvězdy

O hvězdy

Wolfovy-Rayetovy hvězdy

Podtrpaslíci O

17.2 Hvězdy spektrálního typu B

17.2.1 Chemicky pekuliární Bp hvězdy

17.2.2 Pulsující beta Cep hvězdy

17.2.3 Pomalu pulsující B hvězdy (SPB)

17.2.4 Hvězdy se závojem (Be stars)

17.2.5 Svítivé modré proměnné (LBV)

17.3 Hvězdy spektrálních typů A a F

17.3.1 Chemicky pekuliární Am hvězdy

17.3.2 Magnetické Ap hvězdy

17.3.3 Pulsující delta Scuti hvězdy

17.3.4 SX Phe hvězdy

17.3.5 gamma Dor hvězdy

17.3.6 Lithium a berylium u F a G hvězd

17.4 Chladné G, K a M hvězdy

17.4.1 Chromosféricky aktivní hvězdy: UV Cet, BY Dra, aj

Hvězdy typu UV Cet

Hvězdy typu BY Dra

Skvrnité hvězdy typu RS CVn

Těsné dvojhvězdy typu W UMa

Hvězdy typu FK Com

17.4.2 Pulsující hvězdy: Cefeidy, Miry, R CrB a AGB hvězdy

Cefeidy

Hvězdy typu W Vir

Hvězdy typu RR Lyr

Miry

Hvězdy typu R CrB

Hvězdy asymptotické větve obrů (Asymptotic Giant Branch Stars, AGB)

Hvězdy typu RV Tau

17.5 Hvězdy v raných vývojových stadiích

17.5.1 T Tauri hvězdy

17.5.2 FU Ori hvězdy

17.6 Hvězdy v pozdních vývojových stadiích

17.6.1 Bílí trpaslíci a ZZ Ceti hvězdy

Bílí trpaslíci

ZZ Cet hvězdy

17.6.2 Novy, kataklyzmatické proměnné a polary

Rekurentní novy

Trpasličí novy

Polary typu AM Her

Intermediální polary DQ Her

Hvězdy typu AM CVn

17.6.3 Supernovy

 
Univerzita Karlova | Informační systém UK