Die Milchstraße. Sternentstehung. ( clund Observatory, 1940er) Interstellare Materie (ISM) W. Kley: Theoretische Astrophysik 1

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1 Die Milchstraße ( clund Observatory, 1940er) Interstellare Materie (ISM) W. Kley: Theoretische Astrophysik 1

2 Die Galaxie M74 (NGC 628) Sternbild: Fische Abstand: 35 Mio. LJ. Rot: sichtbares Licht - ältere Sterne Blau/Weiß: UV Licht - jüngere Sterne + Sternentstehung in Spiralarmen (UIT, 1992) W. Kley: Theoretische Astrophysik 2

3 Orientierung Blick nach Süden: Anfang Januar gegen 21:00 Uhr Im Zentrum: Plejaden (M45) Links unten: Orion Dazwischen: Stier (Taurus) In rot: Himmelsäquator W. Kley: Theoretische Astrophysik 3

4 Die Plejaden I W. Kley: Theoretische Astrophysik 4

5 Die Plejaden II Zweifarben-Diagramm oder Hertzsprung-Russell Diagramm (HRD) V: Visuell B: Blau Farben: Maß für Temperatur Sterne auf Band: Hauptreihe Obere Isochrone: 100 Mio. Jahre (Yi, et al., 2001) W. Kley: Theoretische Astrophysik 5

6 Prinzip Voraussetzung: Gebiet erhöhter Dichte Gravitationskraft > Druck ) Kollaps Jeans-Kriterium (1902) Dichtewelle in Spiralgalaxie: - Molekülwolke mit ausreichend Gas und Staub - Gravitationskraft: Kontraktion - Staub/Moleküle: Strahlungskühlung Wolke in Nähe von massereichen Sternen: - Kompression durch Strahlungsdruck - Kollaps durch Eigengravitation Zusammenstoß von Galaxien in Frühphase des Universums: - Kompression/Verdichtung von Gas - Kollaps durch Eigengravitation W. Kley: Theoretische Astrophysik 6

7 Molekülwolken Masse: Gesamt: 10 5 bis 10 6 Sonnenmassen (M) In Klumpen: 10 3 bis 10 4 M! junge Sternhaufen Ausdehnung: LJ. Temperatur/Dichte: K, 1000 Atome/cm 3 Moleküle (organische und anorganische): u.a. H 2 (molekular Wasserstoff), CO (Kohlenmonoxyd), NH 3 (Ammoniak), H 2 CO (Formaldehyd), HC 3 N (Azetylcyan) Staub (etwa 1%): u.a. Silikate, Kohlenstoffhaltige Mineralien Bok-Globulen: Klein/isoliert: LJ., M, 10 5 in Milchstraße W. Kley: Theoretische Astrophysik 7

8 Die Dunkelwolke Barnard 68 W. Kley: Theoretische Astrophysik 8

9 Die Dunkelwolke Barnard 68 W. Kley: Theoretische Astrophysik 9

10 Gravitations-Instabilität I Im Gleichgewicht gilt Virialsatz 2E kin + E pot = 0 (1) E kin = 3=2NkT : kinetische Energie, mit N = M c =m H, E pot 3=5 GMc 2 =R c : potentielle Energie N Anzahl der Teilchen in der Wolke, M c Masse der Molekülwolke Bedingung für Kollaps: 2E kin < je pot j 3M c kt < 5 GMc 2 (2) m H 3 R c Elimiere R c = (3M c =4 0 ) 1=3 Minimale Masse, bei welcher eine Wolke mit geg. T; 0 instabil wird M c > M J (3) W. Kley: Theoretische Astrophysik 10

11 Gravitations-Instabilität II Wobei M J die Jeans-Masse bezeichnet 3=2 1=2 5kT 3 M J = / c3 s (4) Gm H 4 0 1=2 Die Bedingungung (3) heißt auch Jeans-Kriterium umgeformt: 1=2 15kT R c > R J = (5) 4Gm H 0 Jeans-Länge R J H I Wolken: T = 50K, g/cm 3! M J 1500M beobachtet M = 1 100M! stabil Kerne von Molekülwolken: T < 100K, g/cm 3! M J 17M beobachtet M = M! instabil W. Kley: Theoretische Astrophysik 11

12 Simulation eines Kollaps Masse: 50 M Durchmesser: 1.2 LJ = 76,000 AE Temperatur: 10 K (M. Bate, 2002) W. Kley: Theoretische Astrophysik 12

13 Überblick I Dunkle Molekülwolkenkerne Gravitations-Kollaps 1 pc AE (nach Hogerheijde, 2001) t = 0 J. J. Eingebetteter Protostern, T Tauri Stern, Akkretions-Scheibe, Ausstrom Akkretions-Scheibe, Ausstrom W. Kley: Theoretische Astrophysik 13

14 1 pc AE Überblick II t = 0 J. Eingebetteter Protostern, Akkretionsscheibe, Ausstrom T Tauri Stern, Akkretionsscheibe, Ausstrom Huelle ~ 8000 AE Akkretions-Scheibe ~ 80 AE 100 AE (Hogerheijde, 2001) t J. t J. W. Kley: Theoretische Astrophysik 14

15 Vorhauptreihen-Stern, Scheibenentwicklung Überblick III Hauptreihen-Stern, Planetensystem 100 AE 50 AE (Hogerheijde, 2001) t J. t > 10 7 J. W. Kley: Theoretische Astrophysik 15

16 Der Rosetten-Nebel Junger Sternhaufen Reflexionsnebel Sternbild: Einhorn Durchmesser: 5 Vollmonde Abstand: 3000 LJ. Masse: 10,000 M Alter: 8 Mio. Jahre (T.A. Rector et al., 2000) W. Kley: Theoretische Astrophysik 16

17 Im Adlernebel: M16 Junger Sternhaufen Reflexionsnebel Sternbild: Schlange Durchmesser: 1 Vollmond Abstand: 6500 LJ. Masse: ca. 100 Sterne Alter: 6 Mio. Jahre (HST, 1995) W. Kley: Theoretische Astrophysik 17

18 Sterne aus Globulen I UV Strahlung von nahen, heißen Sternen verdampft die Oberfläche der Wolke. Dichtere Globulen werden freigelegt. W. Kley: Theoretische Astrophysik 18

19 Sterne aus Globulen II Der Schatten der Globule schützt dahinter liegende Bereiche. Der Protostern bildet sich an der Spitze der Globule. W. Kley: Theoretische Astrophysik 19

20 Scheiben um junge Sterne (HST) Im Trapez-Haufen Sternbild: Orion Abstand: 1300 LJ. Masse: ca Sterne Alter: um 1 Mio. Jahre W. Kley: Theoretische Astrophysik 20

21 Scheiben II W. Kley: Theoretische Astrophysik 21

22 Jets I Ursprung: Stern, innere Scheibe Länge: Lichtjahre Geschwindigkeit: 800,000 km/std Bündelung: Magnetfelder Bugstoßwelle: Wechselwirkung mit Interstellarem Medium Knoten W. Kley: Theoretische Astrophysik 22

23 Jets II W. Kley: Theoretische Astrophysik 23

24 Bipolarer Ausstrom W. Kley: Theoretische Astrophysik 24

25 Entwicklung im HRD W. Kley: Theoretische Astrophysik 25