AST1010 En kosmisk reise

Transkript

1 AST1010 En kosmisk reise Forelesning 16: Nøytronstjerner og sorte hull Dagens tema Navn Kommer fra Lysstyrke E2erlater seg Karbon- detonasjon Type 1a Hvit dverg (1.4 M sol ) Stort sen allod lik IngenOng Kjernekollaps (Type 1b, 1c, 2) Stjerne > 8 M sol Varierer med stjernas masse Nøytronstjerne eller sort hull Par- ustabil Stjerne > M sol (men ikke alle) Ca. 100 x mer enn karbondetonasjon IngenOng 1

2 Nøytronstjerner er ekstremt kompakte Eksempel: Nøytronstjerne med radius lik 10 km, samme masse som solen. GjennomsniNsteNhet = 5 x kg/m 3 En milliard ganger tenere enn en hvit dverg! En Iphone laget av nøytronstjernestoff ville ha veid 2.5 x kg, ca. 30 ganger mer enn den samlede vekten av verdens befolkning! 2

3 Den første pulsaren 3

4 Forklaring? Så flere pulsarer, perioder i ms- s- området. Må være et svært kompakt objekt. Pulserende/roterende hvit dverg ville bli revet i biter av så raske pulser/rask rotasjon. Eneste mulighet: roterende nøytronstjerne. Pulsar: Roterende nøytronstjerne med sterkt magneeelt sender ut stråling Vi får topper i signalet når en av de magneoske polene peker mot oss 4

5 Kolliderende nøytronstjerner observert, både elektromagneosk stråling og gravitasjonsbølger! Hva er en gravitasjonsbølge? ElektromagneOske bølger: Varierende elektriske og magneoske felt. Lages av en fordeling av elektriske ladninger som endrer seg med Oden. Gravitasjonsbølger: Variasjoner i gravitasjonsfelt (rommets struktur!) Lages av en massefordeling som endrer seg med Oden. 5

6 6

7 18/10/17 7

8 8

9 LISA Pathfinder elisa/ngo AEI/Milde Marketing/Exozet 9

10 Under 8 solmasser: Ender som hvit dverg 8-25 solmasser: Ender som nøytronstjerne Mer enn 25 solmasser: Ender som sort hull Legg merke Ol at mye masse går tapt i planetarisk tåke/supernova Hvit dverg/nøytronstjerne/sort hull mye mindre massiv enn opprinnelig stjerne 10

11 Nøytronstjerne hvis opprinnelig stjerne veier 8-25 solmasser (Mye av stjernas masse tapt i kjernekollaps- supernova.) Hva motstår tyngdekraken? Hvit dverg: Trykk fra degenererte elektroner Nøytronstjerne: Trykk fra degenererte nøytroner Sort hull: IngenOng total kollaps 11

12 UnnslipningshasOghet Hvor raskt må man bevege seg for å slippe unna gravitasjonsfeltet Ol et himmellegeme? SpreNert- situasjon, dvs. uten motor Også uten lukmotstand, kun tyngdekraken som bremser en ned UnnslipningshasOghet Jorden: km/t Hvit dverg (1 M sol ): 23 millioner km/t Nøytronstjerne (1 M sol ): 586 milloner km/t Sort hull: Over lyshasogheten (1.08 milliarder km/t) 12

13 Selv ikke lys kan unnslippe Sorte hull i GR DeNe newtonske bildet av sorte hull er ikke helt rikog. I GR: Lys bremses ikke ned, lokale observatører måler allod at lyset beveger seg med km/s. Et sort hull er et område der Odrommet er bøyd slik at alle mulige baner for parokler og lys går inn mot sentrum, ingen går utover. 13

14 Schwarzschild- radien Schwarzschild- radien Presser du noe sammen Ol en kule med denne radien, blir det et sort hull Solens Schwarzschild- radius: ca. 3 km Jorden: ca. 9 mm Foreleseren: ca m 14

15 Hendelseshorisonten ( eventhorisonten ) Grenseflaten Ol det sorte hullet. Radius like Schwarzschildradien Ingen signaler kan nå oss fra innsiden av hendelseshorisonten Alle massive objekter har en Schwarzschild- radius, men det kalles ikke en hendelseshorisont før objektet presses sammen Ol et sort hull To myter om sorte hull 1. De er kosmiske støvsugere som Ol sist vil suge Ol seg all masse i universet. 2. Å falle inn i et sort hull er en smertefull død. 15

16 To myter om sorte hull 1. De er kosmiske støvsugere som Ol sist vil suge Ol seg all masse i universet. Langt unna et sort hull vil tyngdekraken være lik den fra en stjerne med samme masse Langt nok unna kan en gå i bane rundt et sort hull uten problemer (tyngdekraken avtar raskt med økt avstand) Å falle inn i et sort hull Det er ikke tyngdekraken i seg selv som er farlig, men forskjellen i tyngdekraken på, for eksempel hodet og fønene. Det vil si: Tidevannskreker! Forskjell i tyngdekrak går som 1/R 3. Sorte hull: R=2GM/c 2. Det vil si: Jo større sort hull, desto lenger inn kan du falle før Odevannskrekene dreper deg. 16

17 Å falle inn i et sort hull For en observatør langt borte, vil Oden se ut Ol å gå stadig saktere for personen som faller inn i det sorte hullet (generell relaovitetsteori) Klokke på offerets arm vil gå stadig saktere Ved horisonten Ol det sorte hullet vil det se ut som om Oden stopper for den som faller inn Doppler- effekt: Lyset fra personen som er frosset i Od vil bli rødere og rødere Å falle inn i et sort hull For personen som faller inn i det sorte hullet, vil egen klokke gå helt normalt Tidevannskrekene øker jevnt, men man merker ikke noe spesielt idet horisonten krysses Nær horisonten kan man imidlerod se baksiden av sin eget hode 17

18 Warner Bros. 18

19 Masse (Solmasser ) Radius (km) Fall>d (s) Au- radius (R s ) Au- >d (s) x x x x x x x x x x x x år! 6 x hnps:// 19

20 Sorte hull i alle størrelser Supermassive sorte hull, M SOL i kjernene Ol akove galakser. Mange galaksekjerner har sorte hull med masser M ~ M SOL. Middels store sorte hull M SOL. Sorte hull på noen få solmasser (mer enn 3 M SOL ) er rester ener supernovaer. Mikroskopiske sorte hull M ~ tonn kan ha blin dannet i Big Bang fordamper - ikke påvist. 39 Sorte hull kan stråle Hawking (1974): Kvantefysiske effekter nær horisonten fører Ol at sorte hull kan sende ut stråling. SamOdig mister de masse, Olsvarende energien i den utsendte strålingen. Sorte hull vil derfor fordampe! Men: LeveOden er ekstremt lang i normale Olfeller. 20

21 LeveOd som funksjon av masse M (Solmasser) R s (km) T (K) Leve>d / universets alder x x x x x x x x x x x x Kun de minst massive kan ha fordampet foreløpig 21

22 Roterende sorte hull Sentralområdet i galaksen 44 22

23 Sentralområdet i galaksen: Stjernebaner AST Melkeveien 45 Sort hull i sentrum av Melkeveien Massen Ol sentralobjektet er ca. 4.3 millioner solmasser. Kan ikke være større enn ca. 0.3 AU (44 milloner kilometer) pga. stjernebaner. Den eneste type objekt som er kompakt nok, er et sort hull! 23

24 Hvordan ble det sorte hullet dannet? Alle galakser ser ut Ol å ha supermassive sorte hull i sentrum. Det forskes fremdeles på hvordan de ble dannet. En naturlig tanke er at utgangspunktet var et sort hull på solmasser som har vokst seg større ved å spise masse. Ueordring: Det viser seg at sorte hull med masser rundt 1 milliard solmasser fantes allerede da universet var ca. 1 milliard år gammelt. Direkte kollaps? Kan en gass- sky kollapse direkte Ol et sort hull uten å bli en stjerne? En enorm gass- sky vil vanligvis brytes opp i mange stjerner (om den er kald nok) Men om gassen er varm, vil ikke dene skje Tidlig univers: Varm gass (UV- stråling) kan ha forhindret stjernedannelse à direkte sort hull 24