Spätstadien der Sternentwicklung. Wiederholung: Entwicklung nach dem H-Brennen Altersbestimmung Supernovae Neutronensterne Pulsare Schwarze Löcher

Ähnliche Dokumente
Sternentwicklung und das Hertzsprung-Russel-Diagramm

Supernovae. Peter H. Hauschildt. Hamburger Sternwarte Gojenbergsweg Hamburg

Sterne, Galaxien und das Universum

Wiederholung Sternentwicklung. Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 1

Wiederholung Sternentwicklung. Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 1

Schwarze Löcher. Dr. Knud Jahnke. Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg

Schwarze Löcher Staubsauger oder Stargate? Kai Zuber Inst. f. Kern- und Teilchenphysik TU Dresden

Schwarze Löcher Staubsauger oder Stargate? Kai Zuber Inst. f. Kern- und Teilchenphysik TU Dresden

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

Vom Sterben der Sterne

Massive Sterne: Gravitationskollaps-Supernovae, Neutronensterne & Pulsare

Entstehung der kosmischen Strahlung

Supernova. Katastrophe am Ende eines Sternenlebens W. Stegmüller Folie 2

Sterne. Eine kurze Zusammenfassung des Sternenlebens. Jörn Lenhardt. Das Leben der Sterne

Die dunkle Seite der Kosmologie

13. Aufbau und Entwicklung der Sterne

13. Aufbau und Entwicklung der Sterne Sterngeburt Kollaps von interstellaren Gaswolken (dunkle oder leuchtende Nebel) Kalte globules 5-15K

Weiße Zwerge - 10 Mrd. Diamanten in Galaxis

Endstadien der Sternentwicklung. Max Camenzind ZAH /LSW SS 2011

Neutronensterne. Belegarbeit von. Steven Kirchner

3.5.5 Sternentstehung und -entwicklung

Gigantische Explosionen

Licht vom Anfang der Welt

Moderne Physik: Elementarteilchenphysik, Astroteilchenphysik, Kosmologie

Neutronensterne, Quarksterne und Schwarze Löcher

Einführung in die Astronomie und Astrophysik II

Sterne - Entwicklung und Ende

Astronomische Einheit

Kosmologie und Astroteilchenphysik

Wiederholung: Sternentwicklung. Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 1

Moderne Instrumente der Sternbeobachtung

c) Elemente oberhalb Fe

Schwarze Löcher. Sackgassen in der Raumzeit. Franz Embacher. Fakultät für Physik der Universität Wien

- Weisse Zwerge - Neutronensterne & Pulsare - Supernovae Ia, IIa - Gamma Ray Bursts

Quellen von Gamma- und Röntgenstrahlung

Von der Hauptreihe zu PNes und Supernovae. Max Camenzind Akademie Heidelberg Mai 2014

Relativitätstheorie und Kosmologie Teil 2 Unterricht

Vom Urknall zur Dunklen Energie

Von Weißen Zwergen, Neutronensternen und Schwarzen Löchern

Das neue kosmologische Weltbild zum Angreifen!

Wie lange leben Sterne? und Wie entstehen sie?

Dunkle Materie und dunkle Energie

Die Entwicklung des Universums vom Urknall bis heute. Gisela Anton Erlangen, 23. Februar, 2011

Der Lebensweg der Sterne

Endstadien der Sternentwicklung. Max Camenzind ZAH /LSW SS 2012

Physics at LHC Mini Schwarze Löcher am ATLAS-Detektor

Astronomische Einheit. d GC = 8kpc R(t e ) z + 1

Vom Urknall. bis heute Zeit. Kosmologie. Christian Stegmann Universität Erlangen-Nürnberg

Die Entwicklung des Universums

Suche nach gepulster TeV-Gammastrahlung von Pulsaren mit H.E.S.S.

Kernkollapssuper novae SN Ib, Ic und II. Moritz Fuchs

Unser Universum: Vergangenheit & Zukunft

Neues aus Kosmologie und Astrophysik 1.0

6. Sterne. 6.1 Die Sterne auf der Hauptreihe Energiequelle normaler Sterne

Sterne, Galaxien und das Universum

Neutrinoquellen im Kosmos: Supernovae Martina Davids

Sterne, Galaxien und das Universum

Die Entstehung der Elemente

Das Moderne Weltmodell

Gravitationswellen: Erschütterungen. Ewald Müller Max-Planck-Institut für Astrophysik

Sonnenmasse Sonnenleuchtkraft Oberflächentemperatur der Sonne Lichtgeschwindigkeit Atomare Masseneinheit Elektronenvolt

Das Interstellare Medium Der Stoff zwischen den Sternen

Urknall und Entwicklung des Universums

Wie schwarz sind schwarze

3. Stabilität selbstgravitierender Kugeln

Ergebnisse der TeV Gammastrahlungsastronomie

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

STERNENTWICKLUNG. Protosterne:

Kugelsternhaufen die einfachsten Sternsysteme. Farben, Helligkeit und Alter der Sterne

Black Holes. Schwarze Löcher Verlieren die USA ihre Führung in der Hochenergieforschung? Black Holes

Monster im All: Schwarze Löcher

= Synthese der leichten Elemente in den ersten 3 min nach Urknall (T = 10 MeV 0.1MeV)

Exkurs: Schwarze Löcher (3)

3. Stabilität selbstgravitierender Kugeln

Warum ist die RAUMZEIT gekrümmt? Was ist eigentlich Gravitation?

Experimentelle Astrophysik

Sterne, Galaxien und das Universum

Kosmologie im dunklen Universum

Inhaltsverzeichnis VII

XI. Sternentwicklung

Neutronen-Sterne Max Camenzind - Akademie HD

Die dunkle Seite der Kosmologie

1 Allgemeines über Schwarze Löcher

Kosmische Evolution für Nicht-Physiker: Wie unser Weltall wurde, was es heute ist. 7. Galaxien Teil 2

Supernovae Typ Ia. Seminar zur Einführung in die Astronomie am Stefan Walter Universität Würzburg

6. Sterne. 6.1 Die Sterne auf der Hauptreihe

Endstadien massiver Sterne Supernova Typ II

Dunkle Energie Und was Physiker damit meinen

Sterne in Symbiose Das Drama enger Paare. Sterne in Symbiose - Paare. Inhaltsverzeichnis. Definitionen

Modul Sternphysik Repräsentativer Fragenkatalog

Neutronensterne, Quarksterne und Schwarze Löcher

Entwicklung von offenen Sternhaufen

Galaxien, Quasare, Schwarze Löcher. Dr. Knud Jahnke Astrophysikalisches Institut Potsdam

Zweiter November der Wissenschaft»Einstein heute« Einsteins Universum. Das kosmologische Standardmodell

Faszination Astronomie

Weiße Zwerge, Neutronensterne und Schwarze Löcher

6.3. STABILITÄTSGRENZEN VON STERNEN 133

Cuno Hoffmeister t Gerold Richter Wolfgang Wenzel. Veränderliche. Sterne. 3., überarbeitete Auflage. Mit 170 Bildern und 64 Tabellen

Astronomie Objekte II Nebel, Galaxien

Transkript:

Spätstadien der Sternentwicklung Wiederholung: Entwicklung nach dem H-Brennen Altersbestimmung Supernovae Neutronensterne Pulsare Schwarze Löcher

Wiederholung: Das Brennen nach der Hauptreihe Roter Riese: Kontraktion des Kerns nachdem H im Kern verbrannt ist Helium-Blitz bei Zündung des He im Kern

Wiederholung: Das Brennen nach der Hauptreihe Horizontal-Zweig: Stabile He-Fusion im Kern Kurze Phase

Wiederholung: Das Brennen nach der Hauptreihe AGB (Asymptotic Giant Branch): Nachdem He in Kern verbrannt, fällt Kern in sich zusammen, He-Fusion in Schale Schale dehnt sich aus wegen C-Blitz bei ausreichender Masse Produktion von planetaren Nebeln

Nebenprodukt: Der planetare Nebel Die äußersten Schalen können nicht mehr gehalten werden. Sie gehen verloren und bilden einen planetaren Nebel ~ 10,000 PNs in der Milchstraße - Lebensdauer: einige 10,000 Jahre - Größe: 1000 AU 1pc - Temperatur 25000 100000K - Zentralstern: AGB bis weißer Zwerg Helix Nebel Masseverlust: - 10-40% - ändert Masse des Sterns und damit weitere Entwicklung

NGC6751

Der Eskimonebel

Das Katzenauge

Stundenglas-Nebel

M2-9

Wiederholung: Das Brennen nach der Hauptreihe

Das Russell-Vogt Theorem M < 0.02 M : * leichte Erwärmung durch Gravitationsdruck und Konvektion im Kern 0.02 < M < 0.085 M : Brauner Zwerg ~ 3,000,000K im Kern * H-Brennen wird nie erreicht 0.085 < M < 0.4 M : masseärmste Sterne, * 0.4 < M < 3 M : He-Brennen wird nie erreicht massearme Sterne: H He (p-p Kette) M > 3 M : He C (Triple-α) massereiche Sterne: H He (CNO Kette) * * He C (Triple-α), 12C Ne, Na, Mg, O

Altersbestimmung durch Sternhaufen Alle Sterne eines Haufens sind etwa gleichzeitig entstanden Entsprechend ihrer Masse entwickeln sie sich unterschiedlich schnell

Altersbestimmung durch Sternhaufen Alle Sterne eines Haufens sind etwa gleichzeitig entstanden Entsprechend ihrer Masse entwickeln sie sich unterschiedlich schnell Wenn alle Massen vertreten sind, ist das Alter gegeben durch die Sterne, die auf der Hauptreihe schon fehlen.

Der Knick in der Sternhaufen-Entwicklung Der Knick in der HR markiert den Zeitpunkt, zu dem die Sterne ihren Wasserstoff aufgebraucht haben und sich in Richtung der roten Riesen bewegen. Aus der Knickstelle kann somit das Alter des Sternhaufens abgelesen werden.

Die Pleiaden < 100 Mill. Jahre, Reststaub der Mutterwolke sichtbar

M55 15 Milliarden Jahre

Letzte Stufe: Der Weiße Zwerg Nachdem die äußersten Schalen abgestoßen wurden, fällt der Kern nach Erlöschen der Fusion in sich zusammen Bildet Kern aus entartetem Elektronengas Entartetes Gas: Quantentmechanischer Effekt (Pauli-Prinzip): 2 Fermionen können nie im selben Zustand sein -> Fermi-Gasdruck, unabhängig von T Stabile Sternkonfiguration ohne Fusion, Nichtrelativistisch: R ~ 1/M1/3 Hinzufügen von Masse: R nimmt ab

Entartetes Gas

Entartetes Gas Hinzufügen von Masse: R nimmt ab Chandrasekhar-Masse: 3 ħ c R=0 bei M = 2.018 2 G 3/2 1 2 = 1.4 M e mh Wenn die Masse bis zur kritischen Masse wächst kollabiert der Stern Die Gravitationsenergie wird mit einem Schlag frei L = 109 L, genauso hell wie Galaxie Supernova Freigesetzte Energie = Gesamtenergie der Sonne in 10 Milliarden Jahren

Supernovae SN

Supernovae Explosion + Kollaps > 1.4 M

Supernovae

Supernova-Typen Type Ia: kein H im Spektrum Konstante Helligkeit: 4 x 109 L = -19m Scharfes Helligkeitsmaximum Schnelle Helligkeitsabnahme Type II: H-Emission im Spektrum Helligkeit < 109 L > -17m.5 Unregelmaessige Helligkeitsabnahme Breites Helligkeitsmaximum Typen Ib, Ic (selten): kein H aber breites Maximum

Supernovae Lichtkurven

Supernova-Typen Type Ia: Weißer Zwerg nimmt Masse von Begleiter auf Hervorragende Standardkerze durch genau definierte Bedingungen

Supernova-Typen Type II: Eisenkernzusammenfall nach Schalenbrennen Sobald entarteter Kern groß genug geworden ist, kollabiert er. Genauer Verlauf abhängig von Restschalen Type Ib, Ic: wie Typ II aber H-Hüllen vorher weggeblasen

Verlauf der Typ-II SN-Explosion (25M -Stern) Kern fällt zusammen wenn Chandrasekhar-Masse durch Fe Ablagerung erreicht ist: 0.2 s, T=5x109 K Kern wandelt sich um in Neutronenstern: Unverdichtbar Core bounce: Die einstürzenden Schalen prallen ab Neutrinos und Gammastrahlen aus dem Kern sprengen die Hülle explosionsartig ab Supernova leuchtet auf um Faktor 108 20 M der Hülle werden abgeworfen In der Hülle werden durch den Druck der Neutrinos und der Schockwelle schwere Elemente gebildet Alle Elemente schwerer als Eisen stammen aus Supernova-Explosionen

Verlauf der Typ-II SN-Explosion (25M -Stern)

Bekannte Supernovae (in unserer Milchstraße) man erwartet etwa eine Supernova pro 100 Jahre: Von 7-10 Supernovae hat man die Reststrahlung (im Optischen, Radio, Röntgen) gefunden. Nur 4 SN in den letzten 1000 Jahren: SN 1006 - Centaurus A am Südhimmel SN 1054 Die Krebs Supernova in Taurus SN 1572 Tychos Supernova SN 1604 - Keplers Supernova

SN 1054: Der Krebsnebel vexp=1300km/s d = 1.5 kpc

Tychos SNR 1572

Die Supernova 1987A in der LMC 170.000 LJ

Röntgenstrahlung in SN 1987a ehemals blauer Riese mit 15 Sonnenmassen wurde in allen Wellenlängenbereichen beobachtet, auch Neutrinos wurden aufgefangen (19 Stück)

Typ II SN 1987A Zusammenfall eines heißen, blauen Superriesen (nur 15 M ) Neutrinos (Detektion mehrere Stunden vor der optischen Beobachtung) 20 x 1012 durch einen Menschen Zwei sichtbare Ringe: Abgestoßene Schalen ionisiert durch SN: Exakte Abstandsbestimmung durch Echo der Explosion SNR: noch nicht nachgewiesen

Supernova 1987 A

Die Ringe der SN1987a

Echos einer Explosion

Geschockt von 1987A

Puppis A Zurück bleibt ein undurchdringbarer Kern: der Neutronenstern 1000 km/s

Cassiopeia A Neutronenstern 300 Jahre alt vexp=4000km/s d = 10 LJ

Neutronensterne die SupernovaÜberreste (SNR) Kern fällt zusammen, wenn entartetes Elektronengas dem Gravitattionsdruck nicht mehr widerstehen kann Photodisintegration: γ-photonen zerteilen Kerne in Suppe aus p, n, e Dichte = 4x1017 kg/m3 (vgl. Wasser 103, weißer Zwerg 109 kg/m3) Unter Druck fusionieren: e + p n + νe Neutronenentartung setzt ein SNR: Für 8 25 M Neutronenstern (1.4 3M )

Neutronensterne Eigenschaften: R = 10km (für 2 M ) Dichte = 1014g/cm3 = 100 Mio t/cm3 T = 1000 000K Rotation = 100/s B = 1012G L = 15% L schwer zu beobachten

Neutronensterne 660,000 K heiß D = 27 km ca. 1 Milliarde Tonnen pro Teelöffel

Innerer Aufbau Auch das Neutronen-Fermigas bildet noch Unterstrukturen Oberfläche: ElektronenFermi-Gas mit FeRümpfen

Beobachtung - Pulsare Extrem regelmäßige Pulse ~ 30/s, Pulslänge ~ 0.001 s ~ 1000 Pulsare bekannt Vela: 11 Hz Krebs: 30 Hz J0437: 147 Hz B1937:642 Hz

Pulsare Erklärung: Leuchtturm-Theorie Das Magnetfeld bleibt beim Kollaps eingefangen -> wird komprimiert -> Feldstärke wächst auf 1012G rotierendes Magnetfeld ruft elektr. Feld hervor, dass Elektronen aus Stern rausreißt e- Strahl SynchrotronStrahlung

Pulsare Die Rotationsachse muss verschieden von der Magnetfeldachse sein, um den Eletronenstrahl zu induzieren Lichtpulse Beobachtung als Pulsar, wenn wir vom Lichtkegel getroffen werden Es muss noch viel mehr Pulsare geben

Die Pulsationsperiode ist nicht absolut konstant sondern wächst langsam an: dp/dt=10-5 s/a Vela Pulsar:

Entwicklung von Neutronensternen i. Starke Konvektion, Sternzusammenfall, NS fliegt mit ca. 450km/s weg, dreht sich schnell ii. Langsame Abnahme der Drehgeschwindigkeit, B nimmt ab z.b. Vela (11 000 Jahre alt, emittiert auch im Sichtbaren) Durchschnittsalter: 2x106Jahre

Schwarze Löcher Allgemein: Entweichgeschwindigkeit von der Oberfläche eines Objektes: 2G M v esc = R Wann wird die Entweichgeschwindigkeit größer als die Lichtgeschwindigkeit c?: -> Schwarzschildradius 2G M RS= 2 c Wenn das Objekt kleiner als der Schwarzschildradius wird, kann kein Licht und keine Information mehr nach außen dringen.

Schwarze Löcher Schwarzschildradien Neutronensterne bilden bei einer Masse > 3M Schwarze Löcher.

Schwarze Löcher Allgemeine Relativitätstheorie: Äquivalenz von schwerer und träger Masse E = mc2 Lichtstrahlen werden von Masse gekrümmmt. Der Raum krümmt sich auf sich selbst.

Schwarzschildradius Der Raum krümmt sich auf sich selbst. Es entsteht eine Singularität. Die Gesetze der Physik in einem schwarzen Loch sind uns unbekannt.

Fall ins Schwarze Loch Bei ca 10 RS: Unterschiedliche Gravitation über betrachtetes Volumen -> gequetscht und langgezogen Rotverschiebung, Zeitdilatation (für äuß. Beob.) Akkretionsscheibe Röntgen und Gammastrahlung Umkehr von Raum und Zeit Aus Comins & Kaufmann

Kerr-Schwarzes Loch Mit Rotation: Ergoregion: Teilchen wird mitgedreht Teilchen/Energie kann entkommen Ereignishorizont: Keine Information kann uns erreichen -> Ringförmige Singularität

Eigenschaften von schwarzen Löchern Masse M M Drehmoment 0 L Elektr. Ladung 0 0 Schwarzschild BH Kerr BH Schwarze Löcher haben keine Haare

Verdampfen von schwarzen Löchern Hawking Strahlung: Vakuum-Oszillationen: Virtuelle Teilchen (Lebenszeit ca. 10-21 s) Können am Rand des Ereignishorizontes entstehen Eins fällt ins SL, das andere entkommt Es entsteht ein Loch, der Energie (E=mc2) im SL Zeitskala: 5M 1062 Jahre 1010 kg (Mount Everest, Premordiales SL) 15 Milliarden Jahre (Alter Universum)

Wo und wie findet man schwarze Löcher? 1) Doppelsternsysteme: 1) Akkretionsscheibe um schwarzes Loch emittiert Röntgenstrahlung z.b. Cygnus X-1 (Uhuru Satellit, 1970), schnelles flackern kleiner als Erde Begleiter: HDE226868 B0 Roter Überriese, spektroskopischer Doppelstern (T=5.6Tage) ~7M

Wo und wie findet man schwarze Löcher? 2) Galaktische Zentren haben meistens supermassive schwarze Löcher Bei Galaxienentstehung sammelt sich Gas in Zentrum und verdichtet sich zu schwarzen Loch - z.b. M87 (1994 HST), aus M87 Sternumlaufbahnen: 30 Mrd M - Zentrum der Milchstrasse einige Millionen M 3) Premordiale Schwarze Löcher: Theorie von Hawking: bei Urknall Verdichtungen von Gramm bis Erdmasse

Bildung eines schwarzen Lochs Gravitationswellen: Wenn Neutronensterne kollabieren Wenn Neutronenstern oder SL kollidieren oder umeinander rotieren Gravitationswellen ändern temporär die Raumzeit Nobelpreis 1993: J. Taylor & R. Hulse Detektoren gebaut bisher keine Detektion LISA (Laser Interferometer Space Antenna)

Zusammenfassung WD: entartete Elektronen NS: entartete Neutronen BH: Singularität Dichte Radius 0