Supernovae. Peter H. Hauschildt. Hamburger Sternwarte Gojenbergsweg Hamburg

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1 Supernovae Peter H. Hauschildt Hamburger Sternwarte Gojenbergsweg Hamburg sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.1

2 Übersicht Was ist eine Supernova? Was kann man von Supernovae lernen? Welche Sterne werden Supernovae? Wie funktioniert eine Supernova? Was bleibt übrig? Zusammenfassung sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.2

3 Was ist eine Supernova? stammt von nova stella Neuer Stern Verschiedene Typen: Klassische Novae, Zwergnovae, etc. Supernova (SN), Typen I und II heute Typ II Supernovae sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.3

4 Supernova zweitgrösste Explosion im Weltall zeigen den Tod eines alten Sterns an recht seltene Ereignisse letzte Supernova in der Milchstrasse: Kepler s Supernova (1604) kurz davor: Tycho s Supernova (1576) letzte helle Supernova: SN 1987A in der Grossen Magellanschen Wolke sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.4

5 SN 1987A sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.5

6 SN 1987A sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.6

7 Was kann man von SNe lernen? sehr hell (Milliarden-fache Sonnenleuchtkraft) können über riesige Entfernungen gesehen werden kosmologische Entfernungsbestimmung produzieren alle schweren chemischen Elemente extrem wichtig für die Anreicherung der Galaxien mit Eisen etc. alles Eisen der Erde wurde von Supernovae produziert Schockwelle der Explosion startet Sternentstehung sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.7

8 Welche Sterne werden SNe? 2 Typen von Supernovae: Typ Ia: explodierender Weisser Zwerg Typ II, Ib,c: alter, massereicher Stern in der letzten Lebensphase Typ I SNe: kein Wasserstoff! heller als Typ II Ia Standardkerzen sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.8

9 sonnenähnliche Sterne Wasserstoff Brennen: H He danach Helium Brennen: He C,O Struktur sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.9

10 alte sonnenähnliche Sterne sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.10

11 Weisser Zwerg sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.11

12 plus Planetarischer Nebel sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.12

13 Sanduhr Nebel sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.13

14 Massive Sterne Masse grösser als 8 Sonnenmassen weitere Fusionsprozesse finden statt Kohlenstoff Brennen ( K, 600 Jahre) Neon Brennen ( K, 1 Jahr) Sauerstoff Brennen ( K, 6 Monate) Silizium Brennen ( K, 1 Tag) hinterlässt eine Zwiebelschalen-Struktur sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.14

15 alter massiver Stern sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.15

16 Massive Sterne gewaltige Leuchtkraft Hülle expandiert Stern wird zum Überriesen thermonukleare Reaktionen enden mit Produktion von Eisen inaktiver Eisenkern von ca. 1.4 M Fusionsreaktionen innerhalb 1 Erdradius vom Zentrum sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.16

17 SN Ausbruch Eisenkern von aussen stark geheizt extrem energiereiche Strahlung im Kern nukleare Reaktionen starten setzen Neutrinos frei diese verlassen den Stern Kern fängt an zusammenzufallen Temperaturen steigen auf K Photosdisintegration beginnt Eisen Atomkerne brechen auseinander das kostet enorme Mengen Energie Kern fällt noch schneller zusammen sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.17

18 SN Ausbruch Rest des Sterns merkt das der Kern plötzlich weg ist! fällt Richtung Zentrum mit 15% der Lichtgeschwindigkeit nach 1/4 Sekunde hat Kern 20 km Durchmesser erreicht Dichte jetzt vergleichbar mit der eines Atomkernes Material wird extrem hart Kollaps stoppt und Kern expandiert ein wenig sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.18

19 SN Simulation sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.19

20 SN Ausbruch das erzeut starke Schockwelle die stösst mit einfallender Hülle zusammen Schockwelle stark genug um die Implosion in Explosion zu verwandeln nach wenigen Stunden erreicht die Explosion den Rand des Sternes Supernova Ausbruch sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.20

21 SN Ausbruch dabei wird 100 mal so viel Energie frei wie die Sonne in ihrem gesamten Leben erzeugt hat! Leuchtkraft der SN erreicht 10 9 Sonnenleuchtkräfte Material wird mit mehr als 10 4 km s 1 abgestossen spektakuläres Feuerwerk... sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.21

22 SN 1987A hellste und naheste SN seit Kepler hell genug für das blosse Auge (Südhimmel) hat nur 10 8 L erreicht (zu früh explodiert!) Neutrino Emission beobachtet... 3h vor der Entdeckung im sichtbaren Licht! sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.22

23 SN 1987A sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.23

24 Supernova Überreste bei der Explosion abgestossenes Material produziert leuchtenden Nebel viele solcher Nebel sind bekannt Beispiel Gum Nebel: 60 Durchmesser im Himmel ca. 400 Lichtjahre entfernt Zentrum ca Lichtjahre entfernt SN vor ca Jahren explodiert vermutlich so hell wie der Halbmond! sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.24

25 Gum nebula sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.25

26 Was bleibt übrig? Cygnus loop ca Jahre alt ca. 120 Lichtjahre groß ca Lichtjahre entfernt sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.26

27 Cygnus Loop sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.27

28 Cygnus Loop HST sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.28

29 Supernova Übereste SN Übereste werden am besten mit Radioteleskopen gejagt Cas A: vor ca. 300 Jahren explodiert (nicht gesehen!) Milchstrasse sollte ca. 1 5 SNe pro Jahrhundert zeigen die Meisten davon sind durch Staub verdeckt sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.29

30 Cas A: Röntgen & Radio sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.30

31 Was bleibt sonst noch? Neutronenstern M 1 M R 10 km Dichte von Atomkernen wird kleiner mit grösserer Masse maximale Masse 3 M sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.31

32 Was bleibt sonst noch? Schwarzes Loch Masse grösser als Grenzmasse eines Neutronensterns Schwerkraft bewirkt totalen Kollaps Raum und Zeit extrem verzerrt es wird ein Loch in die Raum-Zeit gestanzt sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.32

33 Schwarze Löcher sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.33

34 Schwarze Löcher sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.34

35 Schwarze Löcher innerhalb eines Schwarzes Loches sind Raum und Zeit vertauscht ein Beobachter könnte die Zeit beeinflussen aber nicht den Raum im Zentrum (der Singularität) verlieren Raum und Zeit ihre Identität die Singularität selber verhält sich unvorhersehbar das kann nicht beobachtet werden da aus dem Loch keine Information kommen kann sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.35

36 Zusammenfassung Typ II Supernovae = alte Sterne die explodieren Kern kollabiert, Hülle durch Schockwelle abgestossen produzieren alle schweren Elemente hinterlassen expandierenden Nebel und Neutronenstern/Schwarzes Loch sn.tex Supernovae Peter H. Hauschildt 16/2/ :20 p.36

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