📘 CodingMarble Learn

परिवर्ती तारे और सेफ़ीड

परिवर्ती तारा वह है जिसकी चमक बदलती रहती है। सेफ़ीड तारा धड़कता है: वह 1 से 100 दिन की एक बँधी लय में फूलता और सिकुड़ता है। आवर्तकाल P जितना लंबा, तारा असल में उतना ही ज़्यादा चमकीला होता है (आवर्तकाल–ज्योति संबंध)। इसलिए धड़कन का समय नापकर हम असली चमक जानते हैं, उसे दिखती चमक से मिलाते हैं और दूरी निकालते हैं।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. यह एक तारा है। अभी यह स्थिर है। इसकी रोशनी नहीं बदल रही।
  2. सेफ़ीड तारा बार-बार फूलता और सिकुड़ता है। फूला हुआ हो तो ठंडा और लाल। छोटा हो तो गर्म और सफ़ेद-नीला।
  3. हर धड़कन के साथ उसकी चमक ऊपर-नीचे होती है। यह लहरदार रेखा प्रकाश-वक्र है। एक पूरी लहर का समय आवर्तकाल P है।
  4. तारे B का आवर्तकाल तारे A से लंबा है और वह असल में ज़्यादा चमकीला है। लंबा P यानी ज़्यादा असली चमक।
  5. असली चमक पता हो तो दूरी निकल आती है। जो तारा दो गुना दूर है, वह चार गुना मंद दिखता है।
  6. अब आपकी बारी। स्लाइडर चलाइए: P बदलिए, दूरी बदलिए और देखिए तारा कितना चमकीला दिखता है (m)।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

सेफ़ीड सूर्य की तरह स्थिर क्यों नहीं चमकता?

उसके अंदर की गैस की परतें गर्मी रोकती और छोड़ती हैं, इसलिए वह उछलती स्प्रिंग की तरह बार-बार फूलता और सिकुड़ता है। सूर्य की परतें संतुलन में हैं, इसलिए वह स्थिर रहता है।

छोटा होने पर तारा गर्म क्यों होता है?

दबी हुई गैस गर्म हो जाती है, जैसे साइकिल का पंप गर्म हो जाता है। इसलिए सिकुड़ा तारा ज़्यादा गर्म, सफ़ेद और चमकीला होता है। 3D में रंग का बदलना देखिए।

ग्राफ़ से आवर्तकाल कैसे पढ़ते हैं?

लगातार आने वाली दो चोटियाँ ढूँढिए। उनके बीच का समय ही P है। 3D में बैंगनी कोष्ठक एक पूरी लहर दिखाता है।

आवर्तकाल लंबा हो तो तारा ज़्यादा चमकीला क्यों?

ज़्यादा चमकीले तारे बड़े होते हैं और धीरे फूलते हैं, इसलिए उनकी धड़कन लंबी होती है। तारा B धीरे धड़कता है और ज़्यादा चमकता है।

दूरी दो गुना होने पर रोशनी चार गुना कम क्यों होती है?

वही रोशनी एक गोले पर फैलती है। त्रिज्या दो गुनी हो तो क्षेत्रफल चार गुना हो जाता है, इसलिए हर जगह एक चौथाई रोशनी पहुँचती है। पीली पट्टी को छोटा होते देखिए।

क्या हर परिवर्ती तारा दूरी नापने के काम आता है?

नहीं। सिर्फ़ वे तारे जिनका संबंध ज्ञात है, जैसे सेफ़ीड और आरआर लाइरी। दूसरे परिवर्ती तारों की धड़कन से उनकी असली चमक पता नहीं चलती।

परिवर्ती तारा क्या है?

ज़्यादातर तारे लगभग एक-सा चमकते हैं। परिवर्ती तारा (variable star) वह तारा है जिसकी चमक समय के साथ बदलती है। कुछ तारे इसलिए बदलते हैं कि तारा खुद बदलता है (वह धड़कता है या भड़कता है)। कुछ सिर्फ़ इसलिए अलग दिखते हैं कि एक तारा दूसरे के सामने से गुज़रता है (ग्रहणी युग्म तारे)।

खगोलविद प्रकाश-वक्र (light curve) बनाते हैं: ऊपर-नीचे चमक और बगल में समय। वक्र का आकार बताता है कि तारा किस प्रकार का है।

सेफ़ीड: दिल की तरह धड़कने वाले तारे

सेफ़ीड एक विशाल तारा है जो धड़कता है। वह फूलता है, फिर सिकुड़ता है, फिर फूलता है, एक बहुत नियमित लय में। इस लय के समय को आवर्तकाल (P) कहते हैं। सेफ़ीड में P लगभग 1 दिन से 100 दिन तक होता है।

यह धड़कता क्यों है? तारे के अंदर गैस की एक परत होती है जो दबने पर गर्मी रोक लेती है। रुकी हुई गर्मी तारे को बाहर धकेलती है। जब तारा फूल जाता है तो गैस गर्मी छोड़ देती है, ठंडी होती है और वापस गिरती है। फिर दब जाती है। यह उछलती हुई स्प्रिंग जैसा है।

सबसे पहले जो सेफ़ीड देखा गया वह तारा डेल्टा सेफ़ी था, इसीलिए पूरे परिवार का यह नाम है।

आवर्तकाल–ज्योति संबंध

1912 में हेनरिएटा लेविट ने तारों के एक छोटे बादल में बहुत से सेफ़ीड देखे। वे सब लगभग एक ही दूरी पर थे, इसलिए जो ज़्यादा चमकीला दिखा वह असल में भी ज़्यादा चमकीला था। उन्होंने पाया: आवर्तकाल जितना लंबा, तारा उतना चमकीला।

यही आवर्तकाल–ज्योति संबंध है। निरपेक्ष कोटि (absolute magnitude) M, यानी तारा 10 पारसेक की दूरी से कितना चमकीला दिखता, का सरल रूप है

M ≈ −2.43 (log₁₀ P − 1) − 4.05, जहाँ P दिनों में है।

छोटा (ज़्यादा ऋणात्मक) M मतलब ज़्यादा चमकीला तारा। P = 10 दिन वाले सेफ़ीड का M ≈ −4.05 होता है, यानी सूर्य से लगभग 2,000 गुना चमकीला।

सेफ़ीड से दूरी नापना

जिस तारे की असली चमक हमें पता हो वह मानक मोमबत्ती (standard candle) है। तरीका:

  1. तारे को देखकर उसका आवर्तकाल P नापिए।
  2. संबंध से उसकी असली चमक M निकालिए।
  3. नापिए कि वह कितना चमकीला दिखता है, m (आभासी कोटि)।
  4. दूरी मापांक से दूरी निकालिए: m − M = 5 log₁₀(d / 10 pc), यानी d = 10^((m − M + 5)/5) पारसेक।

एक पारसेक लगभग 3.26 प्रकाश-वर्ष होता है। इसके पीछे व्युत्क्रम-वर्ग नियम है: तारा दो गुना दूर हो तो उसकी रोशनी चार गुना क्षेत्रफल में फैलती है, इसलिए वह चार गुना मंद दिखता है।

1920 के दशक में एडविन हबल ने एंड्रोमेडा नीहारिका में सेफ़ीड खोजे। उनकी दूरी से पता चला कि वह हमारी आकाशगंगा से बहुत बाहर की एक अलग आकाशगंगा है।

सीमाएँ और सावधानी

तारों के बीच की धूल तारे को मंद कर देती है, इसलिए हम उसे असल से ज़्यादा दूर मान सकते हैं। सेफ़ीड के दो परिवार भी हैं: चिरसम्मत सेफ़ीड (युवा, चमकीले) और टाइप II सेफ़ीड (पुराने, कम चमकीले), जिनके संबंध अलग हैं। यह संबंध पहले पास के उन सेफ़ीड से तय होता है जिनकी दूरी लंबन (parallax) से पता है। आरआर लाइरी तारे भी तेज़ धड़कते हैं और मोमबत्ती की तरह काम आते हैं।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. एक सेफ़ीड का आवर्तकाल P = 10 दिन है। उसकी निरपेक्ष कोटि M निकालिए।

log₁₀ 10 = 1। M = −2.43 (1 − 1) − 4.05 = −4.05।

2. एक सेफ़ीड का आवर्तकाल P = 100 दिन है। M निकालिए।

log₁₀ 100 = 2। M = −2.43 (2 − 1) − 4.05 = −2.43 − 4.05 = −6.48। यह 10 दिन वाले तारे से ज़्यादा चमकीला है (ज़्यादा ऋणात्मक)।

3. एक तारे के लिए m = 10 और M = −4 है। उसकी दूरी निकालिए।

m − M = 14। d = 10^((14 + 5)/5) = 10^3.8 ≈ 6,300 पारसेक।

4. दो एक जैसे तारे हैं। B की दूरी A से दो गुना है। B कितना मंद दिखेगा?

चमक ∝ 1/d²। दूरी दो गुना तो 1/2² = 1/4। B चार गुना मंद दिखेगा।

5. 10 दिन वाला एक सेफ़ीड m = 6.0 जैसा दिखता है। वह कितनी दूर है?

M = −4.05, इसलिए m − M = 6.0 + 4.05 = 10.05। d = 10^((10.05 + 5)/5) = 10^3.01 ≈ 1,020 पारसेक (लगभग 3,300 प्रकाश-वर्ष)।

6. सेफ़ीड X का P = 3 दिन और सेफ़ीड Y का P = 30 दिन है। Y कितनी कोटि ज़्यादा चमकीला है और रोशनी में कितने गुना?

M(3) = −2.43 (0.477 − 1) − 4.05 = −2.78। M(30) = −2.43 (1.477 − 1) − 4.05 = −5.21। अंतर = 2.43 कोटि। रोशनी का अनुपात = 10^(0.4 × 2.43) = 10^0.97 ≈ 9.4 गुना।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. सेफ़ीड परिवर्ती तारा वह है जो:
2. सेफ़ीड का आवर्तकाल जितना लंबा होगा, वह:
3. आवर्तकाल–ज्योति संबंध किसने खोजा?
4. एक तारा 3 गुना दूर चला गया। वह दिखेगा:
5. जिस तारे की असली चमक पता हो और दूरी निकालने में काम आए, वह है:

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

सेफ़ीड परिवर्ती तारा आसान शब्दों में क्या है?

यह ऐसा तारा है जो एक बँधी लय में फूलता और सिकुड़ता है, इसलिए उसकी चमक ऊपर-नीचे होती है। एक धड़कन का समय उसका आवर्तकाल है।

सेफ़ीड को मानक मोमबत्ती क्यों कहते हैं?

क्योंकि आवर्तकाल से असली चमक पता चल जाती है। जानी-पहचानी ताकत की रोशनी मानक मोमबत्ती है, और वह कितनी मंद दिखती है यह देखकर हम उसकी दूरी बता देते हैं।

सेफ़ीड से कैसे पता चला कि हमारी आकाशगंगा के बाहर भी आकाशगंगाएँ हैं?

हबल ने एंड्रोमेडा में सेफ़ीड खोजे। संबंध से उन्होंने पाया कि वह हमारी आकाशगंगा के अंदर होने के लिए बहुत दूर है, इसलिए एंड्रोमेडा अपनी अलग आकाशगंगा है।

पहले यह पढ़ें

आगे पढ़ें

इससे जुड़े पाठ

सभी भौतिक विज्ञान पाठ