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

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

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?

Kompakte Objekte geringe Größe (10 10 4 km) hohe Materiedichte (10 7 10 15 g/cm 3 ) Weiße Zwerge (M 8 M ) Neutronensterne (8 M M 30 M ) Schwarze Löcher (M 30 M )

Meilensteine L. Landau 1931 Entdeckung des Neutrons! Proc. Roy. Soc. London A136, 692-708 J. Chadwick 1932 W.Baade und F. Zwicky 1934

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

Meilensteine erste Berechnungen 0.7 Sonnenmassen 10 km Radius riesiger Atomkern! 10 57 Neutronen R. Oppenheimer 1939

Meilensteine

Die Sonne Energie aus Kernfusion riesiger Gasball ( 4 10 9 Jahre) M 2 10 30 kg R 7 10 5 km T s 6 10 3 K T i 2 10 7 K 92.1% H und 7.8 % He 4p+2e 4 He+2ν e Energiegewinn: 27 MeV (1 MeV 1.6 10 13 J) knapp 600 000 Tonnen H/Sekunde L = 3.8 10 17 GW

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

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

Massenreiche Sterne Wie lange leben Sterne? roter Superriese Masse 1M 5M 10M 15M 30M Lebenserwartung 1 10 10 J 7 10 7 J 2 10 7 J 1 10 7 J 5 10 6 J je massereicher desto kürzer die Lebensdauer! R 10 Lichtminuten 10 8 km

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 = 6 10 3 km/s = 0.02c Explosion!

Krebsnebel Sternbild Stier freigesetzte Leistung ca. 10 38 GW! 10 12 Sonnen!

Krebsnebel

Supernova 1998S Spiralgalaxie NGC 3877 Supernova!

Historische Supernovae Entdeckungsjahr sichtbar Sternbild beobachtet 185 8 Monate Centaurus China 393 7 Monate Scorpius China 1006 einige Jahre Lupus China,Japan Europa,Arabien 1054 2 Jahre Taurus China,Japan Arabien, Nordamerika 1181 6 Monate Cassiopeia China,Japan 1572 16 Monate Cassiopeia Tycho Brahe 1604 1 Jahr Ophiuchus Johannes Kepler 1987 13 Jahre Mag. Wolke Ian Shelton

Historische Supernovae Entdeckungsjahr sichtbar Sternbild beobachtet 185 8 Monate Centaurus China 393 7 Monate Scorpius China 1006 einige Jahre Lupus China,Japan Europa,Arabien 1054 2 Jahre Taurus China,Japan Arabien, Nordamerika 1181 6 Monate Cassiopeia China,Japan 1572 16 Monate Cassiopeia Tycho Brahe 1604 1 Jahr Ophiuchus Johannes Kepler 1987 13 Jahre Mag. Wolke Ian Shelton 14 Neutrinos!

Supernova 1987A % SK-69 202 sehr helles Ereignis 1012 L schnell expandierende Explosionswolke 104 km/s elektromagn. Energie 1042 J kinetische Energie 1044 J Neutrinos 1046 J!

Häufigkeiten 2000 Neutronensterne 10 9 erwartet Galaktische Verteilung

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

Massenverteilung

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

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 = 6.4 10 3 km M E = 7.4 10 22 g = M ( ) 2 NS RE M E R NS R NS = 10 km M NS = 2 10 33 g

Schwerkraft Erde: g E = 9.8 m/s 2 Neutronenstern: g NS 10 16 g E F = G mm R 2 mg E = G mm E R 2 E g NS g E R E = 6.4 10 3 km M E = 7.4 10 22 g = M ( ) 2 NS RE M E R NS R NS = 10 km M NS = 2 10 33 g 1g wiegt 10 Milliarden Tonnen!

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

Freier Fall Fallgeschwindigkeit: v = 2gh Fall aus 1m Höhe Erde: Neutronenstern: v E = 4.4 m/s v NS = 4.4 10 8 m/s

Freier Fall Fallgeschwindigkeit: v = 2gh Fall aus 1m Höhe Erde: Neutronenstern: v E = 4.4 m/s v NS = 4.4 10 8 m/s aber: c = 3 10 8 m/s!

Freier Fall Fallgeschwindigkeit: v = 2gh Fall aus 1m Höhe Erde: Neutronenstern: v E = 4.4 m/s v NS = 4.4 10 8 m/s aber: c = 3 10 8 m/s! A. Einstein 1915 allgemeine Relativitätstheorie!

Rotation

Rotation Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse

Rotation Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse T = 2.6 10 6 s

Rotation Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse T = 2.6 10 6 s Drehimpulserhaltung:

Rotation Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse T = 2.6 10 6 s Drehimpulserhaltung: L i = L f

Rotation Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse T = 2.6 10 6 s Drehimpulserhaltung: L i = L f L Fe = 2π T Fe I Fe = L NS = 2π T NS I NS

Rotation

Rotation Trägheitsmoment einer Kugel:

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

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

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

Rotation Trägheitsmoment einer Kugel: I = 2/5MR 2 T NS = ( RNS R Fe ) 2TFe T NS = 6s Periode von PSR 1937+21

Rotation Trägheitsmoment einer Kugel: I = 2/5MR 2 T NS = ( RNS R Fe ) 2TFe T NS = 6s Periode von PSR 1937+21 T = 1.55780644887275 ± 0.00000000000003 ms

Rotation Trägheitsmoment einer Kugel: I = 2/5MR 2 T NS = ( RNS R Fe ) 2TFe T NS = 6s PSR 0329+54 PSR 0833-45 PSR 1937+21 Periode von PSR 1937+21 T = 1.55780644887275 ± 0.00000000000003 ms

Magnetfeld

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

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

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

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

Magnetfeld

Magnetfeld R = 7 10 5 km R NS = 10 km

Magnetfeld R = 7 10 5 km R NS = 10 km B NS = 5 10 11 G

Magnetfeld R = 7 10 5 km R NS = 10 km B NS = 5 10 11 G Pulsare!

Pulsare entdeckt 1967 Nobelpreis 1974 Hewish und Bell Pulsar

Sicht des Theoretikers

Evolution Merger

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!