NEUTRONENSTERNE. Eine Reise in die Vergangenheit. Jochen Wambach Institut für Kernphysik TU Darmstadt

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1 NEUTRONENSTERNE Eine Reise in die Vergangenheit Jochen Wambach Institut für Kernphysik TU Darmstadt

2 NEUTRONENSTERNE Eine Reise in die Vergangenheit Jochen Wambach Institut für Kernphysik TU Darmstadt Was sind Neutronensterne? Wie entstehen sie? Was sind ihre Eigenschaften? Wie sind sie aufgebaut?

3 Kompakte Objekte geringe Größe ( km) hohe Materiedichte ( g/cm 3 ) Weiße Zwerge (M 8 M ) Neutronensterne (8 M M 30 M ) Schwarze Löcher (M 30 M )

4 Meilensteine L. Landau 1931 Entdeckung des Neutrons! Proc. Roy. Soc. London A136, J. Chadwick 1932 W.Baade und F. Zwicky 1934

5 Meilensteine erste Berechnungen 0.7 Sonnenmassen 10 km Radius R. Oppenheimer 1939

6 Meilensteine erste Berechnungen 0.7 Sonnenmassen 10 km Radius riesiger Atomkern! Neutronen R. Oppenheimer 1939

7 Meilensteine

8 *

9 Die Sonne Energie aus Kernfusion riesiger Gasball ( Jahre) M kg R km T s K T i K 92.1% H und 7.8 % He 4p+2e 4 He+2ν e Energiegewinn: 27 MeV (1 MeV J) knapp Tonnen H/Sekunde L = GW

10 *

11 Schicksal der Sonne zurück bleibt ein kristalliner Kohlenstoffstern stabilisiert durch entartete Elektronen W. Pauli 1925

12 Schicksal der Sonne zurück bleibt ein kristalliner Kohlenstoffstern stabilisiert durch entartete Elektronen W. Pauli 1925

13 Schicksal der Sonne zurück bleibt ein kristalliner Kohlenstoffstern stabilisiert durch entartete Elektronen SIRIUS B! M=1.05M R=0.01R W. Pauli 1925

14 Massenreiche Sterne Wie lange leben Sterne? roter Superriese Masse 1M 5M 10M 15M 30M Lebenserwartung J J J J J je massereicher desto kürzer die Lebensdauer! R 10 Lichtminuten 10 8 km

15 Sterben eines massiven Sterns Eisenkern wächst bis M Fe M Kollaps in weniger als einer Sekunde! Elektroneneinfang e +(Z,N) (Z-1,N+1)+ν e * v = R Fe R NS 1s = km/s = 0.02c Explosion!

16 Krebsnebel Sternbild Stier freigesetzte Leistung ca GW! Sonnen!

17 Krebsnebel

18 Supernova 1998S Spiralgalaxie NGC 3877 Supernova!

19 Historische Supernovae Entdeckungsjahr sichtbar Sternbild beobachtet Monate Centaurus China Monate Scorpius China 1006 einige Jahre Lupus China,Japan Europa,Arabien Jahre Taurus China,Japan Arabien, Nordamerika Monate Cassiopeia China,Japan Monate Cassiopeia Tycho Brahe Jahr Ophiuchus Johannes Kepler Jahre Mag. Wolke Ian Shelton

20 Historische Supernovae Entdeckungsjahr sichtbar Sternbild beobachtet Monate Centaurus China Monate Scorpius China 1006 einige Jahre Lupus China,Japan Europa,Arabien Jahre Taurus China,Japan Arabien, Nordamerika Monate Cassiopeia China,Japan Monate Cassiopeia Tycho Brahe Jahr Ophiuchus Johannes Kepler Jahre Mag. Wolke Ian Shelton 14 Neutrinos!

21 Supernova 1987A % SK sehr helles Ereignis 1012 L schnell expandierende Explosionswolke 104 km/s elektromagn. Energie 1042 J kinetische Energie 1044 J Neutrinos 1046 J!

22 Häufigkeiten 2000 Neutronensterne 10 9 erwartet Galaktische Verteilung

23 Häufigkeiten 2000 Neutronensterne 10 9 erwartet Galaktische Verteilung hohe Fluchtgeschwindigkeiten! Neutrinoraketen?

24 Massenverteilung

25 Schwerkraft Erde: g E = 9.8 m/s 2 F = G mm R 2 mg E = G mm E R 2 E

26 Schwerkraft Erde: g E = 9.8 m/s 2 Neutronenstern: F = G mm R 2 mg E = G mm E R 2 E g NS g E R E = km M E = g = M ( ) 2 NS RE M E R NS R NS = 10 km M NS = g

27 Schwerkraft Erde: g E = 9.8 m/s 2 Neutronenstern: g NS g E F = G mm R 2 mg E = G mm E R 2 E g NS g E R E = km M E = g = M ( ) 2 NS RE M E R NS R NS = 10 km M NS = g 1g wiegt 10 Milliarden Tonnen!

28 Freier Fall Fallgeschwindigkeit: v = 2gh Erde: Fall aus 1m Höhe v E = 4.4 m/s

29 Freier Fall Fallgeschwindigkeit: v = 2gh Fall aus 1m Höhe Erde: Neutronenstern: v E = 4.4 m/s v NS = m/s

30 Freier Fall Fallgeschwindigkeit: v = 2gh Fall aus 1m Höhe Erde: Neutronenstern: v E = 4.4 m/s v NS = m/s aber: c = m/s!

31 Freier Fall Fallgeschwindigkeit: v = 2gh Fall aus 1m Höhe Erde: Neutronenstern: v E = 4.4 m/s v NS = m/s aber: c = m/s! A. Einstein 1915 allgemeine Relativitätstheorie!

32 Rotation

33 Rotation Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse

34 Rotation Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse T = s

35 Rotation Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse T = s

36 Rotation Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse T = s Drehimpulserhaltung:

37 Rotation Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse T = s Drehimpulserhaltung: L i = L f

38 Rotation Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse T = s Drehimpulserhaltung: L i = L f

39 Rotation Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse T = s Drehimpulserhaltung: L i = L f L Fe = 2π T Fe I Fe = L NS = 2π T NS I NS

40 Rotation

41 Rotation Trägheitsmoment einer Kugel:

42 Rotation Trägheitsmoment einer Kugel: I = 2/5MR 2

43 Rotation Trägheitsmoment einer Kugel: I = 2/5MR 2 T NS = ( RNS R Fe ) 2TFe

44 Rotation Trägheitsmoment einer Kugel: I = 2/5MR 2 T NS = ( RNS R Fe ) 2TFe T NS = 6s

45 Rotation Trägheitsmoment einer Kugel: I = 2/5MR 2 T NS = ( RNS R Fe ) 2TFe T NS = 6s

46 Rotation Trägheitsmoment einer Kugel: I = 2/5MR 2 T NS = ( RNS R Fe ) 2TFe T NS = 6s Periode von PSR

47 Rotation Trägheitsmoment einer Kugel: I = 2/5MR 2 T NS = ( RNS R Fe ) 2TFe T NS = 6s Periode von PSR T = ± ms

48 Rotation Trägheitsmoment einer Kugel: I = 2/5MR 2 T NS = ( RNS R Fe ) 2TFe T NS = 6s PSR PSR PSR Periode von PSR T = ± ms

49 Magnetfeld

50 Magnetfeld der Sonne: Magnetfeld B = 100G = 10 2 T

51 Magnetfeld der Sonne: Magnetfeld B = 100G = 10 2 T

52 Magnetfeld der Sonne: Magnetfeld B = 100G = 10 2 T Erhaltung des magnetischen Flusses

53 Magnetfeld Magnetfeld der Sonne: B = 100G = 10 2 T Erhaltung des magnetischen Flusses B A = B NS A NS

54 Magnetfeld der Sonne: Magnetfeld B = 100G = 10 2 T Erhaltung des magnetischen Flusses B A = B NS A NS ( ) 2 R B NS = B R NS

55 Magnetfeld

56 Magnetfeld R = km R NS = 10 km

57 Magnetfeld R = km R NS = 10 km B NS = G

58 Magnetfeld R = km R NS = 10 km B NS = G

59 Magnetfeld R = km R NS = 10 km B NS = G Pulsare!

60 Pulsare entdeckt 1967 Nobelpreis 1974 Hewish und Bell Pulsar

61 Sicht des Theoretikers

62

63 Evolution Merger

64 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!