Endstadien der Sternentwicklung. Max Camenzind ZAH /LSW SS 2011

Transkript

1 Endstadien der Sternentwicklung Max Camenzind ZAH /LSW SS 2011

2 Übersicht M in < 8 Sonnenmassen Weiße Zwerge (>1 Mrd. in Galaxis, in Kugelsternhaufen) 8 < M in < 25 Sonnenmassen Neutronensterne (>100 Mio. in Galaxis) M in > 25 Sonnenmassen Schwarze Löcher (~ in Galaxis) Weiße Zwerge und Planetarische Nebel Struktur Weißer Zwerge, Masse-Radius Bez. Die Chandrasekhar Masse - Nobelpreis SN Ia über Akkretion auf Chandra W.Z.

3 Nobelpreise für Forschung an kompakten Sternen 1974 Anthony Hewish, Cambridge/UK... für seine entscheidende Rolle bei der Entdeckung der Pulsare und ihrer Deutung als rotierende Neutronensterne 1983 Subramanyan Chandrasekhar, Chicago, USA... für seine Theorie der Struktur weißer Zwerge (aus den 1930er Jahren) 1993 Russell Hulse & Joseph Taylor, Princeton, USA... für die Entdeckung des Doppelsternpulsars, der eine neue Möglichkeit für das Studium der Gravitation eröffnet hat 2002 Riccardo Giacconi, Associated Universities Inc., USA... für bahnbrechende Beiträge zur Astrophysik, die zur Entdeckung kosmischer Röntgenquellen führte (NS und stellare SL)

4 Zustandsdiagramm der Sterne Masse C/O Weißer Zwerg He WZ Core-Kollaps Fe/Ni Core NStern Schwarzes Loch Si-burn pre- MS Sonne heute Kovetz et al Stern-Entwicklung auf dem Computer

5 Leben der Sterne: M = 0,25-9 M Sonne Pop I Z = 0,01 Y = 0,28 Pop II Z = 0,001 Y = 0,24 Kovetz et al. 2008

6 Endphasen Sternentwicklung 0.08 < M < 8 8 < M < 25 M > 25 Sonnen Planetarische Supernova- SNR Nebel Überreste (SNR)

7 Endphasen Sternentwicklung 25 25

8 Brennphasen auf dem Weg zum Kompakten Objekt

9 M in < 8 Sonnenmassen

10 Der berühmteste WZ im Doppelstern Sirius A + B Von Bessel 1838 als Doppelstern postuliert; 1862 findet Alvan Clark den Begleiter Sirius B; Rätsel: sehr hell, aber sehr klein Zwerg!

11 Sirius A vs Sonne Sirius A: 2,1 Sonnenmassen T eff = K Spektraltyp A1 Radius = 1,7 x Sonne Alter: 238 Mio. Jahre (sehr junges System!)

12 Doppelsternsystem Sirius A + B

13 Ein planetarischer Nebel entsteht, wenn ein Stern wie unsere Sonne in seiner letzten Lebensphase seine äußere Hülle ins ISM abbläst und dieses Material dann durch die intensive Strahlung des Sterns zu leuchten beginnt. Dies macht sie mit zu den schönsten Objekten in der Milchstraße. Planetarischer Nebel / HST (Ringnebel M57) + Weißer Zwerg Etwa sind in unserer Milchstraße katalogisiert, geschätzt wird ihre Gesamtzahl auf etwa

14 Endphase: Planetarische Nebel + Weißer Zwerg Eskimo Nebel mit HST

15 Eskimo-Nebel von Herschel 1787 entdeckt Vergleich mit Amateuraufnahmen NGC2392 gehört zur Familie der hellen Mini-PNs. Mit 47 ~ Planet Jupiter. hohe Vergrößerungen sinnvoll und hohe Brennweiten zweckmäßig. Aufnahme mit 12 Zoll 1:4 Newton + Barlowlinse.

16 Spirograph Nebel / HST + Weißer Zwerg Typische Planetarische Nebel sind zu etwa 70 % Wasserstoff und 28 % Helium zusammengesetzt. Den restlichen Anteil bilden hauptsächlich Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff sowie Spuren anderer Elemente. Der Stern im Zentrum heizt durch seine Strahlung die Gase auf eine Temperatur von rund K auf.

17 Sanduhr-Nebel + Weißer Zwerg HST Aufnahme

18 Alte Weiße Zwerge mit HST

19 Weiße Zwerge... Uninteressant? Nein,, Subramanian Chandrasekhar ( ) Theorie entarteter Elektronensterne (1931)... denn sie haben ein interessantes Inneres: Diamanten der Milchstraße. kühlen sehr langsam aus über die Hubble-Zeit werden als Kosmochronometer verwendet.

20 Weiße Zwerge kühle Diamanten He 10-2 M S C / O Core Kristallgitter C/O Diamant T initial ~ 140 Mio K T crystal ~ 16 Mio K T Debye ~ 14 Mio K T heute ~ 10 Mio K Druck durch e - (Diamant) T < 6 Mio K H Atmosphäre T eff > 4000 K ~ 0,0001 M S H 10-5 M S Typischer Weißer Zwerg M = 0,6 M S R = 9094 km

21 10 Mrd. Weiße Zwerge in der Galaxis

22 Elektronenentartung

23 Modelle Weiße Zwerge

24

25 g = 1 + 1/n Polytropennäherung

26 Hydrostatisches Gleichgewicht ART (1939)

27 P = Kr G Struktur Weißer Zwerge

28 Chandrasekhar 1930

29 Masse Radius Beziehung

30 Weiße Zwerge: Masse Dichte Sequenz n=3 Polytrope Chandrasekhar Einstein Theorie Coulomb Korrekturen Beobachtete Mittlere Masse Numerische Lösung des Hydrostatisches Gleichgewicht

31 Test mit Beobachtungen?? WZ mit Atmosphäre Fe WZ CO WZ Weiße Zwerge Punkte: Hipparcos Parallaxen GAIA Projekt

32 Kataklysmische Systeme (CV) WZ + Akkretionsscheibe in Doppelsternen

33 Novae

34 Akkretion auf WZ SN Ia Roter Riese Weißer Zwerg M ~ M Ch Weißer Zwerg akkretiert H vom Roten Riesen H fusioniert stetig zu He Bildung einer Heliumhülle Massenzunahme bis Chandrasekhargrenze

35 SN Ia so hell wie Galaxie SN 1994d

36

37 Simulationen SN Ia t = 0s t = 0,3s Mehrfachzündungen von Flammenkugeln Hohe Temperaturen; Aschedichte niedriger als Rest Pilzform

38 Simulationen SN Ia t = 0,6s t = 2s Bildung von Substrukturen; Oberflächenvergrößerung & Verbrennungsratenerhöhung Scherströme erzeugen Verwirbelungen; Brennfront erreicht Oberfläche

39 Lichtkurven SN Ia Absolute Helligkeit: bis -19,5 mag 10 Mrd. L Radioaktiver Zerfall von 56 Ni zu 56 Fe verzögert Abkühlung 56 9 Tage Ni Tage Co 56 Fe + e + Ähnlicher Verlauf Standardkerze

40 Zusammenfassung Struktur der Weißen Zwerge ist geklärt, als Kosmochronometer eingesetzt. ~ 10 Mrd. WZ SNIa entstehen in Weißen Zwergen M~M C. Weiße Zwerge sind Endprodukt der Entwicklung massearmer Sterne (M < 8 Sonnenmassen). Bekannteste Weiße Zwerg: Sirius A (1.0 M S ). Kühle Weiße Zwerge sind Diamanten mit H- und He-Hülle. Massereiche Weiße Zwerge sind Vorgänger zu Supernovae Typ Ia. Spielen seit 1997 eine wichtige Rolle in Distanzmessung im expandierenden Universum.