Pulsare und Pulsarwindnebel

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Johanna Brahms
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1 Luisa Steines Pulsare und Pulsarwindnebel Seminar Astro- und Teilchenphysik WS09

2 Entdeckung 1967 Cambridge: Jocelyn Bell und Anthony Hewish Pulsierende Strahlung mit Periode P=1,34s [c] erster Pulsar

3 Entdeckung 1967 Jocelyn Bell: I was now two and a half years through a three years studentship and here was a silly lot of Little Green Men using my telescope and my frequency to signal to planet Earth. nach einer weiteren Entdeckung: It was highly unlikely that two lots of Little Green Men could choose the same unusual frequency and unlikely technique to signal to the same inconspicuous planet Earth. Name: Pulsating Source of Radio PSR B

4 Überblick Historischer Überblick Eigenschaften Pulsar: Modell Neutronensterne Energieverluste Krebsnebel im Röntgenbereich Magnetische Dipolstrahlung Teilchenemission Pulsarwindnebel

5 Historischer Überblick 1932: Landau, 1934: Baade und Zwicky Existenz von Neutronensternen Wie soll man ein 10km großes Objekt entdecken? 1967: Franco Pacini Vorhersage der Existenz von Pulsaren 1968: Veröffentlichung der Entdeckung von Jocelyn Bell und Anthony Hewish 1974: Nobelpreis für Anthony Hewish

6 Eigenschaften Pulsperiode: Millisekundenpulsare: P 1, ms Normale Pulsare: P 0,1...4 s Extrem genaue Perioden: PSR B : P=1, ±0, ms

7 Eigenschaften Anstieg der Pulsperiode: Glitch d 2 0 mit = dt P [c] Glitch am Velapulsar

8 Population [c] Bisher ca Pulsare entdeckt Konzentration um die galaktische Ebene Vermutlich: 10⁴-10⁵ Pulsare in der Galaxie

9 Zusammenführung von Theorie und Messung Verschiedene Möglichkeiten konnten ausgeschlossen werden Doppelsternsysteme: d 0 dt Pulsierende Sterne: Umlaufbahn wäre zu klein Weißer Zwerg zu groß s Neutronenstern zu klein 0,0001s Rotierende Sterne: Berechnungen ergeben: wegen Masse und Durchmesser Nur Neutronenstern kommt in Frage

10 Der Krebs-Pulsar Supernova 1054 Erste Assoziation eines Pulsars mit einer Supernova (Neutronensterne) Entdeckung des Krebspulsars: P=33ms Änderung der Periode: 36,4ns/Tag [a] Krebsnebel mit Pulsar: Composite: X-Ray, Infrared, Optical

11 Entstehung Supernova Typ II Massereicher Stern: Zentralbereich:1,4M - 3 M Fusion bis Eisen Kern kollabiert: Neutralisation Protonen und Elektronen rekombinieren Stabilität durch Entartungsdruck der Neutronen Entscheidend für Pulsar: Magnetischer Fluss + Drehimpuls erhalten

12 Was ist ein Pulsar? Ein sich sehr schnell drehender, hochmagnetischer Neutronenstern Dipolachse: elektromagnetische Strahlung Gepulste Strahlung durch Rotation

13 Neutronenstern Masse ~1,4M Radius~ km g Dichte:~ 10 3 cm 14 Äußere Kruste und innen Neutronen Kern: Vermutungen Mesonen Gluonen, Quarks [c] Aufbau

14 Millisekundenpulsare Pulsar befindet sich in einem Doppelsternsystem Massentransfer Drehimpuls wird übertragen Pulsar wird beschleunigt

15 Magnetischer Dipol Magnetfeld T Pulsar wird als magnetischer Dipol betrachtet Energieverlust durch magnetische Dipolstrahlung

16 Charakteristisches Alter d Vereinfachte Annahme 1 2 I = I = M sin c dt 3 = 3 2 = P Charakteristisches Alter P = 2 P

17 Energieverlust durch Teilchenemission [a] Krebs An den Polen treten relativistische Teilchen aus Pulsarwind Rotationsenergie geht verloren

18 Überblick Pulsare Pulsarwindnebel (PWN) Beobachtungen Was ist ein PWN? Energieverluste Krebsnebel im Optischen [VLT]

19 Pulsarwindnebel: Beobachtungen Beobachtungen am Krebsnebel: Emission in allen Wellenlängen [b] Krebsnebel in allen Wellenlängen

20 Breitband-Spektrum des Krebsnebels Luminosität: Einheiten: F [erg / s] L= F d = F 1erg=10 ⁷J=1,6TeV d =ln 10 F d log

21 Pulsarwindnebel (PWN) Plasma von relativistischen Teilchen Junge Pulsare: ~20000 Jahre erg E 4 10 s 36 [a] Krebspulsar mit Nebel im Röntgenbereich

22 Energieverluste Plasma von relativistischen Teilchen Energieverluste der Teilchen durch: Synchrotonstrahlung Inverser Comptoneffekt Adiabatische Expansion

23 Synchrotonstrahlung Abstrahlung durch Richtungsänderung Strahlkegel in Bewegungsrichtung Kontinuierliches Spektrum

24 Inverser Comptoneffekt Streuung eines Photons an einem ultrarelativistischem Elektron im TeV Bereich Elektron überträgt Energie an Photon

25 Breitband-Spektrum des Krebsnebels F [erg / s] Synchrotonstrahlung Inverse Compton-Strahlung

26 Zusammenfassung Messung: Gepulste Signale Zunahme der Periode Energieverlust durch Synchrotonstrahlung und Inverse Comptonstrahlung Pulsarwindnebel Rückschluss: hochmagnetisierter, rotierender Neutronenstern Energieverlust des Pulsars durch magnetische Dipolstrahlung und Teilchenemission

27 Literaturverzeichnis [1] Pulsar Astronomy, Cambridge Astrophysics Series 31, Lyne und Graham-Smith,1998 [2] Gaensler und Slane; The Evolution and Structure of Pulsar Wind Nebulae;

28 Bilder [a] [b] Gaensler und Slane; The Evolution and Structure of Pulsar Wind Nebulae; [c] Pulsar Astronomy, Cambridge Astrophysics Series 31, Lyne und Graham-Smith,1998

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