AST1010 En kosmisk reise

Transkript

1 AST1010 En kosmisk reise Forelesning 23 Repe8sjon Hva denne forelesningen er En rask gjennomgang av hele pensum, i rekkefølge Lite detaljert (se de aktuelle forelesningene for detaljer) Et godt sted å begynne eksamensforberedelsene 1

2 Hva denne forelesningen IKKE er En fullstendig oversikt over pensum (mange detaljer mangler) En erstatning for å gjøre ukesoppgavene Astronomiske lengdeenheter Astronomisk enhet (AU) Lysår (enhet for lengde, ikke 8d) Parsec (mer om deoe senere) 2

3 Vinkler Avstander kan ikke måles direkte på himmelen. Det som kan måles, er vinkler. Når vi snakker om stjernehøyde, er det snakk om vinkelen opp fra horisonten, ikke avstand. Globale himmelkoordinater à Universe Sandbox 3

4 Lokale himmelkoordinater Hvorfor to forskjellige koordinatsystemer? Lokalt: For å finne posisjonen 8l en stjerne der du befinner deg Hvor stjernene står kommer an på hvor på kloden du er Men hva om du snakker med noen som befinner seg et helt annet sted? Globalt: Felles referanse som gjelder overalt 4

5 16/04/18 Solas årsbevegelse på himmelen Solverv - når solas avstand fra himmelekvator er størst (sommer, vinter) Jevndøgn - når sola står reo over himmelekvator (vår, høst) Årsak - jordas rotasjonsakse heller 23 grader med normalen på jordas baneplan rundt solen. Hvorfor har vi års8der? Års8der og Innstråling (øverst). Arealfaktor (nederst) 5

6 Retrograd bevegelse: Både indre og ytre planeter 2003 Retrograde 2005 Retrograde 7/31 11/26 11/16 11/6 10/27 6/19 7/9 9/17 7/29 8/18 6/9 5/30 2/9 1/14 10/29 9/9 9/19 11/8 11/28 11/18 8/10 Geosentrisk: Episykel og deferent P E D 6

7 16/04/18 Retrograd bevegelse (heliosentrisk) Merkur og Venus (geosentrisk) 14 7

8 Merkur og Venus (heliosentrisk) 15 Venus faser i geosentrisk og heliosentrisk system 16 8

9 Keplers 1. lov Planetbanene er ellipser med sola i det ene brennpunktet. Keplers 2. lov Linjen mellom solen og planeten sveiper over like store areal i like store 8dsrom. Konsekvens: Planeten beveger seg raskere når den er nært solen. 9

10 Keplers 3. lov astro/ast1010/v17/pensumliste/formler.pdf k er lik for alle planeter i eo solsystem P 2 =k a 3 Hva er k i vårt solsystem? Jorden: P=1 AU og a=1 år 1 1=k =k (Men kun når vi bruker AU og år som enheter) 10

11 Newtons gravitasjonslov g= G M/ r 2 (se formelsamling) g kalles tyngdeakselerasjonen Tyngdepunkt/massesenter 11

12 Rotasjon: Banespinn Når massen øker, blir spinnet større Når farten* øker, blir spinnet større Når avstanden øker, blir spinnet større (*: på tvers av synslinjen) Bevart: Mindre radius = større rotasjonsfart 12

13 Spinnbevaring i astrofysikk Roterende skyer av gass som faller sammen på grunn av interne tyngdekrefer. Når skyen kollapser, roterer den raskere. Temperatur Temperatur er et uorykk for den gjennomsniolige bevegelsesenergien 8l par8klene i en gass: Jo varmere gassen er, jo mer bevegelsesenergi (høyere has8ghet) har gasspar8klene. K = 1 2 mv 2 = 3 2 kt 13

14 Kelvin: Ved 0 K (det absoluoe nullpunkt) er snioenergien 0 Tilsvarer C Temperaturskalaer Ellers likt: Både K og C har 100 grader mellom vanns koke- og frysepunkt. apchemcyhs.wikispaces.com Temperatur K = 1 2 mv 2 = 3 2 kt LeOe gasspar8kler (som hydrogen) beveger seg raskere enn tyngre gasspar8kler (som oksygen) ved samme temperatur! 14

15 Elektrisk felt (ladning) Like ladninger frastøter hverandre MotsaOe ladninger (+ og - ) 8ltrekker hverandre Ladning i fart med magnelelt 15

16 Det elektromagne8ske spektrum 31 Bare en del av strålingen når ned 8l jordoverflaten: Radiobølger, synlig lys (+ lio infrarødt) 32 16

17 Sort (eller termisk) stråling AST Stråling 33 Definisjon av sort legeme Et sort legeme absorberer all stråling som treffer det, og sender selv ut stråling med egenskaper som er fullstendig bestemt av dets temperatur. Mange astrofysiske objekter, som stjerner, stråler 8lnærmet som sorte legemer. 17

18 Sort legeme = sort hull? Nei! Sorte hull oppfører seg som sorte legemer Men det er mange sorte legemer som ikke er sorte hull (stjerner, for eksempel) Wiens lov: Hvilken type stråling (farge) dominerer? AST Stråling 36 18

19 Stefan- Boltzmanns lov F=σ T 4 AST Stråling 37 Fluks, ikke effekt Stefan- Boltzmann har intet med størrelsen 8l stjerna å gjøre 19

20 Hva slags farge har solen egentlig? Solen sender ut mest grønt lys (Wiens lov) Solens temperatur ca K By 4C - Own work based on JPG version Curva Planck TT.jpg, CC BY-SA 3.0, Hva slags farge har solen egentlig? Solen sender ut mest grønt lys (Wiens lov) Men grønt ligger midt i det synlige spekteret: Får med mye av alle farger à hvio lys Jordatmosfæren sprer enkelte farger mer utover enn andre, slik at solen ser gul ut fra bakken AST Stråling 40 20

21 Hvorfor er himmelen blå? Det blå lyset fra solen spres utover i atmosfæren Det gule (og røde) lyset går mer reo fram (slik at solen ser ut 8l å ha disse fargene Når sollyset går gjennom mye atmosfære (morgen/kveld), spres også gult lys, slik at solen ser rødere ut AST Stråling 41 Dopplereffekten Alle typer bølger: trykkbølger i luf (lyd) elektromagne8ske bølger (lys) Rødforskyvning: Kilde på vei bort fra observatør Blåforskyvning: Kilde på vei mot observatør 21

22 Ser forskyvning på spektrallinjer 1916: Generell rela8vitetsteori (GR) 1. Lysets has8ghet (i vakuum) er den samme for alle observatører. 2. Fysikkens lover er de samme for alle observatører. (mer generelt enn SR, hvor punkt 2 kun gjaldt observatører i jevn, reolinjet bevegelse i forhold 8l hverandre) 22

23 Når v=0: Hvile- energi E=m c 2 Det vi kaller gravitasjon er krumning av tidrommet i GR Rett fram får ny betydning i nærheten av store masser/ energier 23

24 Også masseløse partikler (lys) vil påvirkes av denne krumningen By Gryfin (Own work) [CC BY-SA 3.0 ( via Wikimedia Commons Protoner og nøytroner bindes sammen av den sterke kjernekrafen (Overvinner EM- kraf mellom protonene) 24

25 Fisjon og fusjon Fisjon: Tung atomkjerne à LeOere kjerner Fusjon: LeOere kjerner à Tung atomkjerne Får ut energi når sluoproduktene har mindre masse enn det vi startet med E=m c 2 Både fusjon og fisjon stanser ved jern (krever energi for å gå videre) 25

26 Refleksjon og brytning Speil vs. linser Av Randall Munroe (hops://xkcd.com) 52 26

27 To kilder nær hverandre kan se ut som en kilde med dårlig oppløsning AST Teleskoper 53 Hvorfor er radioteleskop så store? Oppløsningsevnen bedre med større diameter Men oppløsningsevnen blir dårligere (med samme diameter) for lange bølgelengder Radiobølger har lange bølgelengder, så vi trenger 8lsvarende store teleskoper for å få god oppløsning i denne delen av spekteret AST Teleskoper 54 27

28 Hvorfor romteleskop? Ulemper: Dyre å sende opp Vanskelige å reparere (Hubble- teleskopet) Fordeler: Vik8gst: Alle bølgelengder (ingen stråling stoppes av jordatmosfæren) Ikke lysforurensning (fra byer o.l.) Ikke avhengige av godt vær Ingen turbulens i atmosfæren som gjør bildet utydelig AST Teleskoper 55 IAUs definisjon av en planet i solsystemet (2006) 1. En planet går i bane rundt Solen. 2. En planet har nok masse 8l at tyngdekrefene dominerer og former den 8l en kule. 3. En planet har rensket banen sin: Den deler ikke banen sin med himmellegemer som ikke går i bane rundt den. 28

29 Dvergplaneter 1. En dvergplanet går i bane rundt Solen. 2. En dvergplanet har nok masse 8l at tyngdekrefene dominerer og former den 8l en kule. 3. En planet har rensket banen sin: Den er det eneste legeme på sin størrelse i denne avstanden fra Solen. 3. En dvergplanet er ikke en satellio (måne) rundt en annen planet. Merkur sammenlignet med jorden Radius: 38.3 % av jordens Masse: 5.5 % av jordens Hvorfor er massen bare 5.5% av jordas når radien er 38.3%? Masse henger sammen med volum: V= 4/3 π r 3 2 x radius à 8 x volum ( 2 3 =8) x radius à x masse ( =0.056) 29

30 OBS: Masse og vekt er ikke det samme! Massen 8l et objekt er den samme på alle planeter Det en vekt viser er hvor sterkt tyngdekrafen virker på objektet: Varierer fra planet 8l planet Vekt burde egentlig måles i Newton (N) men på jorden overseoer vi det 8l kg Kollisjonskraf fra en 100 kg gjenstand i 100 km/t er den samme på alle planeter (avhenger av masse, ikke vekt) Temperaturer GjennomsniO Merkur: 167 C (stor forskjell dag/nao) GjennomsniO Venus overflate: 464 C (betydelig lavere høyt oppe i atmosfæren) Hvorfor har ikke den nærmeste planeten varmest overflate? 30

31 Venus har sterk drivhus- effekt. AST De indre planetene 61 Jordskorpa fornyes hele 9den AST1010 Jorda og månen 62 31

32 Jordas magnelelt beskyoer oss mot par8kler i solvinden 63 Planetatmosfærer (repe8sjon fra sist) I grove trekk bestemt av forholdet mellom to størrelser: 1. Unnslipningshas8gheten fra planetens tyngdefelt, som avhenger av massen og radien. 2. GjennomsniOlig bevegelsesenergi 8l gassmolekylene, som avhenger av temperatur og molekylmasse. 32

33 Jordens atmosfære 78.1 % nitrogen (N 2 ): amu 20.9 % oksygen (O 2 ): amu 0.9 % argon (Ar): amu 0.04 % karbondioksid (CO 2 ): amu Hvorfor er trykket på Venus overflate så høyt? Jordens overflate: 1 atm Venus overflate: ca. 90 atm Det viser seg at Venus atmosfære veier mye mer enn Jordens (ingen karbonsyklus) 33

34 Drivhuseffekt på jorda Ikke like ekstrem som Venus (0.04 % CO 2 i stedet for 96 %) Kaldere overflate bremser drivhuseffekten: Snø og is reflekterer hvio lys bort fra overflaten (mindre oppvarming) Mye CO 2 lagres i land og hav når overflaten er kaldere Når vi sender CO 2 ut i atmosfæren og varmer opp planeten, blir det mindre snø/is og overflaten frigir lagret CO 2 Resultat: Selvforsterkende effekt (potensiell ubalanse) Månens rotasjon Bundet rotasjon: Månens rotasjonstid er helt lik omløpstiden! Omløps8d rundt jorden: døgn Rotasjon rundt egen akse: døgn Tilfeldig? Alltid samme side mot oss. Jorden blir også slik (sett fra månen) om år. (Men solsystemet har kun ca år igjen å leve). 34

35 Tidevann skyldes forskjeller i gravitasjonsfelt g= GM/ r 2 Tidevann skyldes forskjeller i gravitasjonsfelt Vannet i havet deformeres mer enn havbunnen 35

36 16/04/18 Hvorfor høyvann på baksiden? Mindre månegravitasjon på baksiden enn jordas sentrum: Havbunnen vil bort fra sentrum (men er fast) Vannet i havet er lelere å forme (flytende), og løper seg i forhold 9l havbunnen 36

37 Roche-grensen: Der tidevannskreftene blir så sterke at satellitten rives i stykker Tyngdekrafen på Merkur og Mars Solen Merkur Venus Månen Mars Jupiter Saturn Uranus Neptun Pluto Masse (jordmasser) Radius (jordradier) Rotasjons9d (jordddøgn) Omløps9d (jordår) Store halvakse (AU) (29/3) (13/8) Banefart (km/s) Temperatur (C, snil) TyngdekraP (% jordens) Diskusjon: Hvordan kan Mars ha samme tyngdekraft som Merkur? Mars er jo dobbelt så massiv! Tyngdeakselerasjon: g=g M/ r 2 Det viser seg at 0.055/ = 0.107/ Mars har så stor radius at det veier opp for den ekstra massen 37

38 Mars atmosfære Tynn atmosfære bestående hovedsakelig av CO 2 Liv på Mars? Vann kan ikke eksistere i lengre 8d i flytende form på overflaten i dag. Tynn atmosfære og fravær av magnelelt betyr manglende beskyoelse mot skadelig stråling. Lite trolig at det finnes liv der nå. Men vi har mange indikasjoner på at det fantes vann på overflaten før, og at atmosfæren var tykkere. 38

39 Gasskjempenes struktur Io 400 ak8ve vulkaner Tidevannskrefer varmer opp Ios indre Ung overflate 39

40 Europa Kjerne av jern Atmosfære av oksygen Overflate av vannis Hav under overflaten? Tidevannskrefer varmer opp månen Ganymedes Den største månen (større enn Merkur, men har lavere masse) Kjerne av jern Overflate av is Magnelelt 40

41 De 8 mest massive månene i solsystemet 1. Ganymedes (Jupiter) 2. Titan (Saturn) 3. Callisto (Jupiter) 4. Io (Jupiter) 5. Månen (Jorden) 6. Europa (Jupiter) 7. Triton (Neptun) 8. Titania (Uranus) Saturns struktur: lik Jupiter 41

42 Titan Tykk atmosfære: nitrogen og metan Stein og vannis Innsjøer av metan Enceladus Geysirer Mater E- ringen med is Organiske forbindelser! 42

43 Saturns ringer Består stort seo av vannis Uranus: Rotasjonsakse nesten i baneplanet Retrograd rotasjon (slik Venus har) 43

44 Iskjempenes struktur Asteroider består av stein og metall AST Smålegemer 88 44

45 Meteorer Meteoroide stein eller metallgjenstand i verdensrommet. Meteor lysfenomen: en meteoroide kommer inn i jordas atmosfære, blir glødende av friksjonsvarmen og fordamper. MeteoriO den resten av meteoroiden som man kan finne på bakken. Tre kilder for meteorer Kometer (se figur) Asteroidebeltet Mars og månen: Steiner slåo løs for lenge siden ved store meteornedslag (kan ses på sammensetningen) 45

46 Kuiperbelte og Oortsky AST Smålegemer 91 To haler: Ionehale. Støvhale Halene peker bort fra sola. 46

47 Kjernen en skioen snøball? AST Smålegemer 93 Solsystemet: Varierende rela8ve mengder av metaller og silikater forhold 8l mengdene av gass og is Jordlignende planeter: metall og stein Gasskjemper: H, He Iskjemper: is + gass Kuiperbeltet: bare is 47

48 Kondensasjon og ulrysing Indre solsystem bare tungt fordampelige grunnstoffer kondenserer; andre stoffer blåses av solvind ut i ytre del av skiven. Ytre solsystem leo fordampelige stoffer kondenseres; danner tunge is- og stein- kjerner i ytre planeter. Dannelse av steinplanet 48

49 16/04/18 Dannelsen av en gasskjempe AST Planetsystemet 97 Kollapsmodellen 98 49

50 AST Planetsystemet 99 Kort oppsummert Sola: Hydrogen og helium (+ noen metaller ) Lite molekulært hydrogen (H 2 ): for varmt 50

51 Under K: Nøytralt H Over K: Plasma Fusjon: Proton- proton- kjeden (PP- kjeden) SluLprodukt 1: Heliumkjerne

52 SluLprodukt 2: Nøytrinoer (må ikke forveksles med nøytroner) 103 SluLprodukt 3: Positroner ( e + + e Energi) SluLproduktene veier mindre enn 4 H- kjerner!

53 Vi har mindre masse enn da vi begynte Masse à energi: E=m c 2 (fotoner) 105 Det solare nøytrinoproblemet

54 Konveksjon: Ikke i hydrodynamisk likevekt Ustabilt: Varm gass utvider seg, s8ger opp Konveksjon er effek8v energitransport! Strålingssone: Konveksjonssone: år Måneder 54

55 Hvorfor år i strålingssonen? Fotoner kolliderer lett med frie elektroner Solflekk: Magnefeltet bremser konveksjon Mindre varm gass opp: Lavere temperatur 55

56 11- års syklus for solak8vitet 111 Magne_eltet byler poler over en 11- års periode ELer 22 år er magne_eltet 9lbake der det startet 56

57 Solas overflate og atmosfære Solvinden: Elektrisk ladde par8kler (ioner) 57

58 Parallaksevinkel 2 A U Parallaksevinkel Det er snakk om små vinkler 1 grad = 60 bueminuoer = buesekunder 1 =60 =3600 Parsec (pc): En parallaksevinkel på 1 buesekund OBS: Mindre vinkel à større avstand! (se formelsamling) 58

59 AbsoluO størrelsesklasse Tilsynelatende størrelsesklasse: Hvor sterkt lyser stjernen seo fra jorden? AbsoluO størrelsesklasse: Hvor sterkt lyser stjernen egentlig? Definisjon: AbsoluO størrelsesklasse er lik den 8lsynelatende størrelsesklassen 10 pc unna stjernen Hva har deoe med avstand å gjøre? Objekt m M m - M Solen Fullmånen Sirius (mest lyssterke stjerne) Proxima Centauri (nærmeste stjerne) Mindre m M betyr kortere avstand! (Større = lengre avstand) 59

60 Hvordan finne avstand 8l en stjerne? Ved å se på den dominerende fargen finner vi 8l stjernen med Wiens lov Med et Hertzsprung- Russel- diagram finner vi dereoer Ved å måle lysstyrken 8l stjerna seo fra jorden finner vi Formelen m M=5 log 10 ( d/10 pc ) har nå bare én ukjent størrelse: (Fyll inn ordene som mangler.) Hvordan finne avstand 8l en stjerne? Ved å se på den dominerende fargen finner vi temperaturen 8l stjernen med Wiens lov Med et Hertzsprung- Russel- diagram finner vi dereoer Ved å måle lysstyrken 8l stjerna seo fra jorden finner vi Formelen m M=5 log 10 ( d/10 pc ) har nå bare én ukjent størrelse: 60

61 Hvordan finne avstand 8l en stjerne? Ved å se på den dominerende fargen finner vi temperaturen 8l stjernen med Wiens lov Med et Hertzsprung- Russel- diagram finner vi dereoer den absoluoe magnituden (M) Ved å måle lysstyrken 8l stjerna seo fra jorden finner vi Formelen m M=5 log 10 ( d/10 pc ) har nå bare én ukjent størrelse: Hvordan finne avstand 8l en stjerne? Ved å se på den dominerende fargen finner vi temperaturen 8l stjernen med Wiens lov Med et Hertzsprung- Russel- diagram finner vi dereoer den absoluoe magnituden (M) Ved å måle lysstyrken 8l stjerna seo fra jorden finner vi den 8lsynelatende magnituden (m) Formelen m M=5 log 10 ( d/10 pc ) har nå bare én ukjent størrelse: 61

62 Hvordan finne avstand 8l en stjerne? Ved å se på den dominerende fargen finner vi temperaturen 8l stjernen med Wiens lov Med et Hertzsprung- Russel- diagram finner vi dereoer den absoluoe magnituden (M) Ved å måle lysstyrken 8l stjerna seo fra jorden finner vi den 8lsynelatende magnituden (m) Formelen m M=5 log 10 ( d/10 pc ) har nå bare én ukjent størrelse: avstanden (d) i pc Hertzsprung- Russell- diagram Hovedserien: Fusjonerer H à He i kjernen 62

63 HR- diagram: Logaritmisk skala for både L og T Høyeste, laveste og Solens verdier bør med (+ hele OBAFGKM) For hovedseriestjerner gjelder L=k M 3.5 t HS = ( M sol /M ) år Massive stjerner stråler mye mer og dør mye raskere 63

64 16/04/18 OBS: Aldri masse i HR- diagrammet! Hvorfor? Ikke bare hovedseriestjerner. By MPIA/V. Joergens - First published in "Joergens, Viki, 50 Years of Brown Dwarfs - From Prediction to Discovery to Forefront of Research, Astrophysics and Space Science Library 401, Springer, ISBN ", CC BY 3.0, curid=

65 Solens liv på hovedserien Mer helium à mer kompakt kjerne Mindre kjerne: Større luminositet og solradius Rød kjempe Skallbrenning: H à He 65

66 Overflaten blir kaldere Men total luminositet har økt By Oona Räisänen (User:Mysid), User:Mrsanitazier. - Vectorized in Inkscape by Mysid on a JPEG by Mrsanitazier (en:image:sun Red Giant2.jpg)., CC BY- SA 3.0, 66

67 Små stjerner (< 2 solmasser): Heliumglimt Årsak: Gassen er degenerert Degenerert gass Oppstår ved svært høy teohet (hvis temperaturen er lav nok) Vanlig gass utvider seg når den blir varmere bremser fusjon noe Det gjør ikke degenerert gass ukontrollert fusjon 67

68 Horisontalgrenen: He à C, O i kjernen Asympto8sk kjempe Hydrogen (ikke fisjon) H à He Helium (ikke fusjon) C, O (ikke fusjon) He à C, O 68

69 Solens ferd på HR- diagrammet eoer hovedserien Alder på stjernehop 69

70 Planetarisk tåke (< 8 solmasser) Stort strålingstrykk og lite gravitasjon De ytre lagene av stjerna slynges ut i flere omganger Til sluo er nesten all stjernas masse slynget ut i rommet Hvite dverger (lik av små stjerner) 70

71 Hvit dverg: Ingen fusjon, men varm stjernerest Hvite dverger er kompakte Eksempel: Hvit dverg med radius som jorden og samme masse som solen. 71

72 Novamekanismen 143 Chandrasekhar- grensen (1.4 solmasser) Degenerert elektrongass i en hvit dverg Ved 1.4 solmasser klarer ikke lenger degenerasjonstrykket fra elektronene å holde den hvite dvergen stabil: Den kollapser 72

73 Kollapsen skjer så raskt at hele dvergen fusjonerer på en gang (som i helium- flash, pga. degenerert materie) En fusjonsbombe på 1.4 solmasser! Supernova type 1a Supernova type 1a Kan også oppstå om to hvite dverger kolliderer (og 8l sammen veier mer enn 1.4 solmasser) 73

74 Stjerner større enn 8 solmasser Ingen planetarisk tåke à ingen hvit dverg FortseOer fusjon 8l tyngre og tyngre grunnstoffer opp 8l jern (Tyngre enn jern: Mister energi ved fusjon. Prosessene stanser her.) En massiv stjerne like før sin død Kjerne av jern og skallbrenning i mange lag 74

75 Jernkjernen Når 8l sluo Chandrasekhar- grensen og kollapser (ikke fusjon, ikke strålingstrykk i kjernen) Jernkjernens kollaps Elektroner fanges inn: p+ + e n + ν e (nøytroner og nøytrinoer) Degenererte nøytroner klarer å stoppe kollapen bråo! 75

76 Kollapsen bråstopper: Sjokkbølge Nøytrinoene som ble dannet i kjernen (se forrige lysark) kolliderer med den teoe materien og gir sjokkbølgen et ekstra dyo Vik8gste to supernova- typer Navn Kommer fra Lysstyrke ELerlater seg Karbon- detonasjon Type 1a Hvit dverg (1.4 M sol ) Stort seo all8d lik Ingen8ng Kjernekollaps (Type 1b, 1c, 2) Stjerne > 8 M sol Varierer med stjernas masse Nøytronstjerne eller sort hull 76

77 Standardlyskilde AbsoluO magnitude (M) er kjent (varierer lite) Dermed leo å måle avstand 8l lyskilden Vi kan se en supernova type 1a i en annen galakse og regne ut avstanden 8l galaksen Nøytronstjerner er ekstremt kompakte Eksempel: Nøytronstjerne med radius lik 10 km, samme masse som solen. (Kommer radius under 3 km: Sort hull) 77

78 Pulsar: Roterende nøytronstjerne med sterkt magnelelt sender ut stråling Vi får topper i signalet når en av de magne8ske polene peker mot oss 8-25 solmasser: Ender som nøytronstjerne Mer enn 25 solmasser: Ender som sort hull 78

79 Legg merke 8l at mye masse går tapt i planetarisk tåke/supernova Hvit dverg/nøytronstjerne/sort hull mye mindre massiv enn opprinnelig stjerne Hva motstår tyngdekrafen? Hvit dverg: Trykk fra degenererte elektroner Nøytronstjerne: Trykk fra degenererte nøytroner Sort hull: Ingen8ng total kollaps 79

80 Sort hull: Selv ikke lys kan unnslippe Å falle inn i et sort hull Det er ikke tyngdekrafen i seg selv som er farlig, men forskjellen i tyngdekrafen på, for eksempel hodet og føoene. Det vil si: Tidevannskrefer! Jo mer massivt sort hull, desto lenger inn kan du falle før 8devannskrefene dreper deg. 80

81 Å falle inn i et sort hull For en observatør langt borte, vil 8den se ut 8l å gå stadig saktere for personen som faller inn i det sorte hullet (generell rela8vitetsteori) Ved horisonten 8l det sorte hullet vil det se ut som om 8den stopper for den som faller inn Doppler- effekt: Lyset fra personen som er frosset i 8d 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 Tidevannskrefene øker jevnt, men man merker ikke noe spesielt idet horisonten krysses Nær horisonten kan man imidler8d se baksiden av sio eget hode 81

82 Sorte hull kan stråle Hawking (1974): Sorte hull kan sende ut stråling (fra utenfor horisonten) Mister masse, fordamper sakte Men: Leve8den er ekstremt lang i normale 8lfeller. Sort hull i sentrum av Melkeveien Masse på over 4 millioner solmasser Alle galakser ser ut 8l å ha supermassive sorte hull i sentrum. 82

83 Be8ngelser for jordlignende liv Vann i flytende form (vik8gst) Karbon: Et atom som kan være en hoved- byggestein for organisk liv energi blir frigjort ved brenning, dvs. oksidasjon av karbon En energikilde Stabile be8ngelser over lang 8d, hundrevis av millioner av år 165 Den beboelige sonen 83

84 Fem måter å finne planeter på Dopplermetoden - fra variasjon av stjernens has8ghet langs synslinjen. Egenbevegelsen - fra variasjoner i stjernens posisjon. Formørkelser - intensitetsvariasjoner idet planeten passerer stjernen. Mikrolinsing - lys fra en ern stjerne bøyes lio av idet det passerer en masse. Direkte observasjon av planeten. 167 Dopplermetoden 84

85 Formørkelsesmetoden Gravitasjonell mikrolinsing 85

86 Flest varm Jupiter - planeter,001,01, Mass [Earth] Semi-major axis [AU],001,01, ,001,01, Mass [Earth] Store planeter nær stjernen er leoere å oppdage enn mindre/ernere. Melkeveiens dimensjoner Galakseskivens diameter er ca lysår Den er 2000 lysår tykk. Sentralutbulningens diameter er 20,000 lysår og består av både populasjon I- og II- stjerner. (dvs. både unge og eldre stjerner)

87 Spiralarmene Spiralarmene ligger i skiven og består vesentlig av populasjon I- stjerner (dvs. unge stjerner.) Åsted for stadig stjernefødsel 173 Kulehopene (ca. 160) finnes i galaksens halo og består av populasjon II- stjerner (gamle). Haloen har stjerner utenom kulehopene 99% av halostjernene er friosvevende. Haloen og kulehoper Melkeveien har totalt milliarder stjerner

88 Banebevegelser i galaksen Banene til halostjerner og kulehoper ligger i alle mulige baneplan. Stjerner, skyer og hoper i skiven går i baner som vipper under og over skivens midtplan. 175 Populasjon I, II og III Navn Alder Metallinhold Observert Populasjon I (3. generasjon) Populasjon II (2. generasjon) Unge stjerner Høyt Ja (Solen) Eldre stjerner Lavt Ja Populasjon III (1. generasjon) De første stjernene Ekstremt lavt Nei. (JWST skal lete eoer dem.)

89 Rød kurve: Forventning basert på synlig masse. Blå kurve: Faktisk observert rotasjonskurve. 177 Foreløpig konklusjon på masseproblemet LiO over 90% av massen (ca M sol ) som gir tyngdekrefer er slik mørk materie. Under 10% av massen (ca M sol ) finnes i form av stjerner og gass. Den mørke massen strekker seg lenger ut fra Melkeveiens sentrum enn den synlige massen

90 Jevn fordeling av mørk materie Ethan Siegel scienceblogs.com/startswithabang/ Ingen av de kjente par8klene kan bygge opp all den mørke materien 90

91 Galaksetyper Spiraler Ellip8ske Irregulære Unge og gamle Bare gamle Både gamle stjerner i skive; stjerner og unge stjerner bare gamle i halo Gass og støv i Lite eller ikke Svært mye gass skiva, ikke noe noe gass eller og støv gass/støv i halo støv Stjerner dannes Ikke nevneverdig Livlig dannelse i spiralarmene stjernedannelse av nye stjerner Stjerner i bane Stjerner i vilkårlige Stjerner har helt i skiven, kao8ske baner i tre dimen- irregulære baner baner i halo sjoner Galaksehoper galac8c clusters Superhoper superclusters Hulrom og vegger voids and walls de største strukturene 91

92 Mørk materie i og mellom galakser Mørk materie er vanlig i galakser. DeOe fastslås fra rotasjonskurver. Den mørke materien strekker seg 8l utafor kanten av galakseskiva. Mørk materie også mellom galaksene. Bevegelsen av galaksene rundt hverandre i en hop er så rask at hopen ikke blir holdt samlet uten ved gravitasjon fra mørk masse. 183 Modell for alle AGN AGN Ac8ve Galac8c Nuclei Nesten bare unge galakser (stråling sendt ut for lenge siden) Supermassivt sort hull omgio av en skive med gass en oppsamlingsskive og gassen i skiven faller inn i det sorte hullet

93 AST Universet 185 Astronomiske avstander Hvordan vet vi at nærmeste stjerne er 4 lysår unna? Parallakse (kun nære stjerner) Hvordan vet vi at galaksen vår er lysår i diameter? AbsoluO og 8lsynelatende magnitude 8l hovedseriestjerner gir avstanden 8l dem Hvordan vet vi at nabogalaksen (Andromeda) er 2.5 millioner lysår unna? Standardlyskilder Hvordan vet vi at de erneste objektene vi observerer er over 10 milliarder lysår unna? Rødforskyvning (Hubbles lov) 93

94 Jo lenger unna en galakse er, desto raskere beveger den seg bort fra oss Hubbles lov v = H d, der v er farten, d er avstanden, og H er Hubble- parameteren Vik8g: ville seo det samme fra en hvilken som helst galakse, vi er ikke universets sentrum! Universets alder Galaksene må ha vært nærmere hverandre før. Går vi langt nok 8lbake i 8d, må de alle ha vært i samme punkt. Når var deoe? Dersom universet har utvidet seg med samme has8ghet hele 8den (pensum): t0 = 1 / H0 14 milliarder år Størrelse av det observerbare univers: LH = ct0 14 milliarder lysår 94

95 Det kosmologiske prinsipp Universet ser likt ut uanseo hvor du befinner deg (homogent univers) Universet ser likt ut i alle retninger (isotropi) Forenklinger som bare er gyldig i stor skala Stor skala = milliarder av lysår 95

96 Big Bang - teorien Universet var mye mindre, teoere og varmere før Big Bang: Uendelig lite og teo Mikrobølgebakgrunnen (CMB) 96

97 Det mest perfekte eksempel på sort legeme- stråling. Inflasjon Nukleosyntese Rekombinasjon (gjennomsiktig univers) 97

98 Horisontproblemet Flathetsproblemet 98

99 Løsning: Inflasjon Inflasjon er en kort periode med voldsomt akselerert ekspansjon 8dlig i universets historie. Løser horisontproblemet: Punkter som er langt unna hverandre i dag, kan ha vært svært nær hverandre 8dligere (og utjevnet temperaturen da). Løser flathetsproblemet: Et krumt område blir mye flatere om det blåses opp krafig. Bonus: Opphav 8l kosmiske strukturer. Nukleosyntese I en periode fra t = 1s 8l t = noen få minuoer ble atomkjernene 8l de leoe grunnstoffene dannet. Samme prosesser som i PP1- kjeden (+ noen 8l) Teori: får dannet ca. 75 % hydrogen, 24 % helium (+ små rester av tungt hydrogen og li8um) Stemmer med observasjoner! Tyngre grunnstoffer enn deoe dannes i stjerner. 99

100 Hvor grunnstoffene kommer fra Rekombinasjon EOer ca år hadde temperaturen i universet falt 8l ca K. Kaldt nok 8l at de første nøytrale atomene kunne bli dannet. Universet ble da elektrisk nøytralt, slik at fotoner kunne bevege seg frio over store avstander. Universet blir gjennomsik8g. Det er strålingen fra denne epoken vi nå ser som den kosmiske bakgrunnstrålingen med en temperatur på ca. 3 K. 100

101 Fotoner kolliderer ofe med frie elektroner (Thomson- spredning) By Roque345 - Own work, CC BY-SA 3.0, Men enormt mye sjeldnere med nøytrale atomer 101

102 Akselerasjon Observasjonene viser at universet ser flao ut. Men: observasjoner av supernovaer (type Ia) viser at universet utvider seg raskere nå enn det gjorde 8dligere. I et materiedominert univers vil tyngdekrafen sakte bremse akselerasjonen Det må være noe annet der ute: Mørk energi 102

103 Mørk energi Vanlig materie har all8d 8ltrekkende tyngdekraf, kan ikke forklare at universet akselererer. (Mørk materie har samme problem) En mulig forklaring: vakuumenergi (Einsteins kosmologiske konstant) Eller kanskje GR bryter sammen ved store avstander (modifisert gravitasjonsteori)? 103

104 Eksamens8ps Regneoppgaver Svært enkel regning Barneskolepensum + enkel potensregning Kalkulator helt unødvendig Se ukesoppgavene for eksempler Maksimalt 4 eksamensoppgaver (av 15-16) 104

105 Generelle eksamens8ps Svar først på oppgaver du kan svare på (lov å utseoe de vanskelige 8l sluo) Det vik8gste først (seo evt. av plass 8l flere detaljer hvis 8d) Sjekk (kryss av) at du har svart på alt oppgaven spør om! Ikke uoelling for å svare på noe annet enn oppgaven spør om Tidligere eksamener Alle fra 2014 høst 2017 (siden læreboken kom) (vår 2015: uvanlig krevende eksamen) Løsningsforslagene noen ganger i overkant detaljerte 105

106 Pensum Formelark (+ regneoppgaver) Forelesningsnotatene er vik8gst Læreboken gir mer grundig og ulyllende informasjon om mange emner Eksamensoppgavene Mange korte svar Tegninger er verdt mange ord (i noen oppgaver) Ikke få panikk det skal være nok 8d 106