AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 13: Innledende stoff om stjerner: Avstander, størrelsesklasser, HRdiagrammet

Transkript

1 AST1010 En kosmisk reise Forelesning 13: Innledende stoff om stjerner: Avstander, størrelsesklasser, HRdiagrammet

2 Innhold Parallakse og avstand Tilsynelatende og absolutt størrelsesklasse. Avstandsmodulus. Stjernetemperaturer og spektralklasser. Hertzsprung-Russell-diagrammet. Dobbeltstjernesystemer og bestemmelse av stjernemasser.

3 Stjerners avstand og lysstyrke Måling av stjerners avstand ved parallakse det første trinn i en lang avstandsstige. Tilsynelatende lysstyrke apparent størrelsesklasse avhenger av stjernens avstand fra oss i tillegg til dens egentlige lysstyrke. Absolutt lysstyrke absolute magnitude. En størrelse relatert til stjernens virkelige lysstyrke. Magnitude = størrelsesklasse 3

4 Parallakse 4

5 Parsec En stjerne har avstand 1 parsec når dens parallakse er 1 buesekund Hvis avstanden, D, er 1 parsec har vi: 1 AU/D = a, der a er lik 1 buesekund målt i radianer, eller a = 1/206,256 radianer D = 1 AU x (1/a) som gir D = 3.09 x km svarende til ~3.26 lysår (1AU = 150x10 6 km) D(istanse i parsec) = 1/p(arallakse i buesekunder) 5

6 Avstandsmåling Før teleskopet (~1610) var beste vinkelbestemmelse 60 Parallakse for nærmeste stjerne er 0.75 Første parallakse ble målt av Bessel i 1838 I dag er nøyaktigheten Hipparchos-satellitten : målenøyaktighet dp buesekunder, målte avstand til stjerner ut til 1000 lysår Gaia ( ): dp ~ , eller til ~100,000 lysår kartlegger hele galaksen! 6

7 Gaia

8 Tilsynelatende lysstyrke og avstand 8

9 Størrelesklasseskalaen Sanseloven: m = c log F d c settes ved at en økning av energien med en faktor 100 tilsvarer 5 sprang i størrelsesklasse gir c = 2.5. Minustegn fordi de sterkeste stjernene i oldtiden var gitt størrelsesklasse 1, mens de svakeste synlige stjerner hadde størrelsesklasse 6. Dermed har vi: m = 2.5 log (F) + m 0. m 0 gir nullpunktet på skalaen. 9

10 Skalaen er nå utvidet til negative størrelsesklasser for de sterkeste stjernene og til størrelsesklasse +30 for de svakeste stjerner vi kan måle. 10

11 Tilsynelatende og absolutte størrelsesklasser - avstandsmodulus Apparent størrelsesklasse, m, fastsettes ved sammenligning med standardstjerner. Nullpunktet ble tidligere definert av stjernen Vega. Nå brukes en mer komplisert definisjon. Absolutt størrelsesklasse, M, for en stjerne er den apparente størrelsesklassen den ville hatt dersom den befant seg 10 parsec unna oss. Relasjon mellom avstand og absolutt og apparent størrelsesklasse er m M = 5 log d 5 Dette benevnes som avstandsmodulus. Avstanden d måles i parsec. 11

12 Stjernenes natur og HR-diagrammet Forbindelse mellom farge og temperatur fotometri Spektra angir også overflatetemperatur Spektralklassifikasjon og luminositetsklasser Hertzsprung-Russell-diagrammet Dobbeltstjerner og stjernemasser Ulike typer dobbeltstjerner 12

13 AST Stjerners natur 13

14 Spektrum og temperatur Vi ser på gangen av intensitet med bølgelengde for tre legemer med ulik temperatur. Øverst har vi et kaldt legeme, en kald stjerneoverflate, hvor temperaturen T er 3000K. Mesteparten av strålingen er i infrarødt. Den ser rød ut. I midten ser vi en stjerne med T 6000 K. Intensiteten fordeler seg likt over alle synlige bølgelengder og stjernen ser hvit ut. Den varme stjernen nederst stråler mest i ultrafiolett og ser blå/fiolett ut. 14

15 Fotometri Tenker vi oss at vi måler intensiteten fra stjerner i gitte bølgelengdeområder så vil forholdet mellom disse intensitetene avhenge av temperaturen til stjernene. *** Slike målinger kalles fotometri og brukes til en grov og rask bestemmelse av stjernenes temperatur. 15

16 Styrken av H a Ha er den linjen i Balmerserien som svarer til overgangen mellom n=2 og n=3 AST Stjerners natur 16

17 17

18 AST Stjerners natur 18

19 Hertzsprung Russelldiagrammet Stjernene finnes i atskilte grupper Hovedserien (rød linje) er den gruppen som har flest stjerner (80-90 %.) AST Stjerners natur 19

20 Luminositetsklasser: - Sterke superkjemper Ia - Superkjemper Ib - Sterke kjemper II - Kjemper III - Sub-kjemper IV - Hovedseriestjerner V I tillegg har vi hvite dverger nede til venstre i diagrammet 20

21 F = 4 p R 2 s T 4 gir log F = C + 2 log R + 4 log T Kurver for log F som funksjon av log T for stjerner med samme radius blir da rette linjer i et log L log T HR diagram. 21

22 Halvparten av alle stjerner er dobbeltstjerner AST Stjerners natur 22

23 Dobbeltstjerner og stjernemasser Dobbeltstjernesystem: to stjerner i elliptiske baner rundt hverandre. Deres bevegelse følger Keplers tredje lov skrevet på Newtons form: M1 + M2 = a 3 /P 2. Masser (M), avstander (a) og omløpstid (P) er gitt i enheter av solas masse, i astronomiske enheter og i år. Summen av massene til stjernene finnes når en måler avstanden mellom dem og omløpsperioden. 23

24 Massene til stjernene kan bestemmes hver for seg dersom vi kan observere hver stjernes bevegelse rundt deres felles tyngdepunkt. Fra tyngdepunktssatsen: M1 x a1 = M2 x a2 finne masseforholdet M1/ M2 når den relative avstand fra tyngdepunktet a2/a1, er målt for de to stjernene. AST Stjerners natur 24

25 Kjenner vi aksene i hver av ellipsene, a1 og a2, finner vi massene til hver av de to stjernene fra a1 M1 = a2 M2, sammen med verdien av summen for massene fra Keplers 3dje lov. Da finner vi relasjon mellom masse og lysstyrke for stjerner på hovedserien: L/L sol = (M/M sol )

26 Diagrammet gir sammenhengen mellom lysstyrke, temperatur og masse for stjerner på hovedserien. Hver prikk er en stjerne, med massen angitt i solmasser ved siden av seg. 26

27 Splittede spektrallinjer fra stjerner i dobbeltsystemer 27

28 Stadium 1: A blåforskjøvet B rødforskjøvet Stadium 3: A rødforskjøvet B blåforskjøvet Stadier 2 og 4: Ingen dopplerforskyvning eller dobbeltlinjer Alle hastigheter går på tvers av synslinja 28

29 Registrerte dopplerforskyvninger i et dobbeltstjernesystem 29

30 Formørkelsesvariable dobbeltstjerner Lyskurvene for dobbeltstjerner som formørker hverandre partielt. 30

31 Totale formørkelser Stjernenes diametre kan finnes fra lyskurvene som kan måles nøyaktig

32 De 5 typer av dobbeltstjerner 1. Optiske dobbeltstjerner de står bare tilsynelatende nær hverandre 2. Visuelle dobbeltstjerner et fysisk system, der vi kan se begge stjernene 3. Spektroskopiske dobbeltstjerner kan ikke skilles fra hverandre, men viser spektrale karakteristika fra to ulike stjerner 4. Formørkelsesvariable dobbeltstjerner hvor stjernene skygger for hverandre 5. Astrometriske dobbeltstjerner: bare en komponent synlig og den går i en bølge -bane 32

33 Neste forelesning: Stjernenes liv fra fødsel til død