Защо цефеидите пулсират

В последното видео научихме за съществуването на класа звезди цефеиди. Това са супер гиганти до 30 000 пъти по-ярки от Слънцето и с до 20 пъти по-голяма маса. Хубавото при тях е, на първо място, че са толкова големи и ярки, че се виждат на големи разстояния. Още по-хубавото е, че са променливи, пулсиращи. Понеже пулсациите им са свързани с реалната им яркост, човек, виждащ цефеида в далечна галактика, може да определи каква е реалната ѝ яркост, защото може да наблюдава периода ѝ на пулсация. Ако знае каква е реалната ѝ яркост, може спрямо видимата яркост да определи колко e 'побледняла'. Колкото по-бледа е спрямо истинското си състояние, толкова по-далеч се намира. Това е причината да са ценени. В това видео искам да обясня защо цефеидите са променливи, защо пулсират. За да направя това, ще осмислим какво представлява двойно и единично йонизиран хелий. За да припомним – хелий, неутралният хелий, нека го нарисувам, има два протона; два протона, два неутрона и два електрона... очевидно мащабът на рисунката не е точен. Това е неутрален хелий. Ако той е йонизиран единично, то единият от електроните му е изхвърлен. Това се случва в звезди или при много високи температури, тъй като по-лесно се йонизира. Единично йонизиран хелий изглежда така. Ядрото му е същото – два протона, два неутрона. Единият от електроните е избит, така че има само един. Сега общият му заряд е позитивен. Нека го направя в друг цвят. Този хелий вече има заряд. Можем да сложим един плюс тук, но ако нарисуваш само плюс, то това предполага единичен позитивен заряд. Хелият може и да се йонизира двойно, ако средата е достатъчно гореща. Може да е двойно йонизиран, което общо взето означава, че и двата електрона се премахват. Остава само хелиево ядро. Буквално едно подобно ядро. Това тук е двойно йонизиран хелий. Споменах, че за да стане това трябва гореща среда. Трябва да е дори по-гореща, за да може и двата да се избият, този електрон наистина не иска да излезе; извеждането на електрон от нещо вече положително е трудно. Трябват огромни напрежение и температура. Това е по-хладно. Всичко е относително, все пак говорим за вътрешността на звезда. Така че е горещо, на места – повече, на други – по-малко. Предполагам си представяш, че все си е една доста гореща среда по нашите всекидневни стандарти. Другата особеност на двойно йонизирания хелий e, че е по-непрозрачен. По-непрозрачен е, тоест не пропуска, не позволява на светлината да премине; всъщност я абсорбира. По-непрозрачен е, абсорбира светлина. Абсорбира светлина. Иначе казано, абсорбира светлинна енергия, която го прави още по-горещ. Ето нещо за премисляне. Единично йонизираният хелий е по-прозрачен. Това е по-прозрачно. По-прозрачно, тоест светлината преминава през него. Не се нагрява толкова много от фотоните, които минават покрай, през него, или както и да е. Позволява им да преминат; тук фотоните ще нагреят йона. Нека помислим как това води до пулсацията на цефеидите. Нека предположим, че разполагат с достатъчно голямо количество от тези йони. Да си представим бледа цефеида – нека нарисувам бледа цефеида, ще го направя в този не-ярък цвят... ...ето една бледа цефеида. Бледо състояние като това означава, че разполагаме с много двойно йонизиран хелий в звездата, поне във външната ѝ обвивка. Двойно йонизиран хелий. Това не позволява на светлината да премине. Това е бледата част от пулсацията на цефеидата. Понеже този двойно йонизиран хелий е непрозрачен, той абсорбира светлина. Нагорещява се. Понеже се нагорещява звездата се уголемява. Тоест нагорещяването води до енергизиране и звездата ще се уголеми. Тя реално ще се уголеми. Докато това се случва поради нагорещяването на двойно йонизирания хелий, колкото по-далеч се намира нещо от ядрото на звездата, толкова повече ще се охлажда. Това се разширява, защото се е нагорещило, но понеже се е разширило най-външните слоеве са охладнели. Тъй като са по-студени, хелият вече няма да е двойно йонизиран. Ще се отърве от няколко – ще вземе електрон – предполагам, може да се каже, че всеки хелиев атом ще вземе електрон от плазмата и ще стане единично йонизиран. Вече е единично йонизиран хелий. Сега звездата е по-прозрачна, позволява на повече светлина да премине през нея. Това е яркият период на пулсацията. Позволява на повече светлина да премине и става по-ярка. Звездата е ярка. Какво обаче става сега? Понеже светлината не се абсорбира или поне не толкова добре от хелия, както при двойно йонизирания хелий, по-голямата част от светлината или поне една по-голяма част преминава. Хелият не се нагорещява толкова. Няма кинетичната енергия да продължи да 'бута навън', да излиза навън, така че се прибира в звездата. Тоест това се охлажда и се прибира навътре. Какво следва след това прибиране? След него тези хелиеви атоми се приближават до центъра на звездата, до ядрото ѝ, и се нагорещяват отново, защото са близо до него. А когато се нагорещят, отново ще се превърнат в двойно йонизиран хелий. Пак стигнахме до него. Двойно йонизиран е и цикълът се завърта отново – вече е непрозрачен, абсорбира повече светлина, има повече кинетична енергия, разширява се, след това отново се охлажда и става прозрачна и ярка. Това е най-добрата сегашна теория за това защо цефеидите са променливи звезди. Обвързана е с редуването на двойно йонизиран хелий и единично йонизиран хелий във външните слоеве на самата звезда.