AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 16: Hvite dverger, supernovaer og nøytronstjerner

Like dokumenter
AST1010 En kosmisk reise Forelesning 15: Hvite dverger og supernovaer

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 15: Hvite dverger og supernovaer

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 15: Hvite dverger, nøytronstjerner og sorte hull

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 Forlesning 15. Stjernenes liv fra fødsel til død

AST1010 En kosmisk reise. Innhold. Stjernedød i to varianter 10/13/15. Forelesning 15: Hvite dverger, nøytronstjerner og sorte hull

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 Forlesning 14. Hertzsprung-Russell-diagram. Hovedserien: Fusjonerer H He 2/24/2017. Hvorfor denne sammenhengen for hovedseriestjerner?

Stjernens livssyklus mandag 2. februar

Supernovaer. Øyvind Grøn. Trondheim Astronomiske Forening 16. april 2015

AST1010 Forlesning 14

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 13: Sola

AST1010 Forlesning 14

UNIVERSITETET I OSLO

AST1010 Forlesning 14. Stjernenes liv fra fødsel til død

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 12: Melkeveien

AST1010 En kosmisk reise Forelesning 13: Sola

Spørretime før eksamen AST 1010

Melkeveien sett fra jorda

AST1010 En kosmisk reise. Stjernenes liv fra fødsel til død

Innhold. AST1010 En kosmisk reise. Melkeveien sed fra jorda 10/19/15. Forelesning 17: Melkeveien

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 17: Sorte hull og galakser

AST1010 Forlesning 14. Innhold 06/03/16. Skyer av gass og støv. Stjernenes liv fra fødsel <l død

AST1010 En kosmisk reise

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

AST1010 En kosmisk reise. I dag. Astronomiske avstander 2/24/2017

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 17: Melkeveien

Hvor kommer magnetarstråling fra?

10/23/14. AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 17: Melkeveien. Innhold. Melkeveiens struktur Det sorte hullet i sentrum av Melkeveien Mørk materie

1 Leksjon 8 - Kjerneenergi på Jorda, i Sola og i stjernene

EksameniASTlolo 13 mai2

AST1010 En kosmisk reise Forelesning 12: Sola

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

Oppgaver, Fasit og Sensurveiledning

2/12/2017. AST1010 En kosmisk reise. De viktigste punktene i dag: Jupiter. Forelesning 9: De store gassplanetene og noen av deres måner

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 20: Kosmologi, del 2

Romfart - verdensrommet januar 2007 Kjartan Olafsson

Eksamensoppgaver AST1010 våren 2008 med forslag til fasitsvar.

AST1010 En kosmisk reise. De viktigste punktene i dag: Mekanikk 1/19/2017. Forelesning 3: Mekanikk og termodynamikk

AST1010 En kosmisk reise. Astronomiske avstander v=vsl-jncjak0. Forelesning 20: Kosmologi, del I

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 21: Oppsummering

AST1010 En kosmisk reise

EN STJERNES LIV AV: SHERMILA THILLAIAMPALAM

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 19: Kosmologi, del I

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 18: Eksoplaneter og jakten på liv

FASIT Svarene trenger ikke være like utdypende som her. Side 1 UNIVERSITETET I OSLO

AST1010 En kosmisk reise. Andromeda. Avstand: 2.55 millioner lysår. Hubbles klassifikasjon av galakser 3/20/2017

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 12: Dannelsen av solsystemet

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 19: Kosmologi

UNIVERSITETET I OSLO

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

AST1010 En kosmisk reise. I dag 2/16/2017. Forelesning 11: Dannelsen av solsystemet. Planetene i grove trekk Kollapsteorien Litt om eksoplaneter

Eksamen i AST1010 den kosmiske reisen, 4 mai Oppgavesett med fasit.

RST Fysikk 1 lysark kapittel 10

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 8: Sola

UNIVERSITETET I OSLO

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2

Supernova - en stjerne som dør

AST1010 En kosmisk reise

Leksjon 16: Supernova - en stjerne som dør

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 7: Dannelsen av solsystemet

AST1010 En kosmisk reise. Innhold 10/19/15. Forelesning 18: Galakser og galaksehoper

Svarte hull kaster lys over galaksedannelse

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 3: Mekanikk, termodynamikk og elektromagnetisme

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk naturvitenskapelige fakultet

AST1010 En kosmisk reise. Hva denne forelesningen er. Hva denne forelesningen IKKE er Forelesning 22: Repetisjon

Grunnstoffdannelse. (Nukleosyntese)

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 9: Solen De store gassplanetene og noen av deres måner

AST1010 En kosmisk reise. De viktigste punktene i dag: Elektromagnetisk bølge 1/23/2017. Forelesning 4: Elektromagnetisk stråling

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise

Stråling fra rommet. 10. November 2006

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 12: Dannelsen av solsystemet

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 8: De store gassplanetene og noen av deres måner

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

UNIVERSITETET I OSLO

AST1010 En kosmisk reise

Referat fra medlemsmøte i TAF 5. oktober 2011

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 18: Galakser og galaksehoper

Leksjon 12: Stjerneutvikling fra fødsel til død

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise. Innhold. Stjerners avstand og lysstyrke 01/03/16

AST1010 En kosmisk reise

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Stjerneutvikling 2008 Lars, Morten, Åsgeir, Erlend. Stjerneutvikling. Lars, Morten, Åsgeir og Erlend 1/11

Fasit for AST1010 høsten 2004.

Løsning, eksamen FY2450 Astrofysikk Lørdag 21. mai 2011

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise. Innhold 28/02/16. Forelesning 12: Dannelsen av solsystemet

AST1010 En kosmisk reise

Hva er alle ting laget av?

Eksamen i Astrofysikk, fag FY 2450 (og MNFFY 250) Fredag 4. juni 2004 Løsninger

AST1010 våren 2010 Oppgaver med fasit

( ) Masse-energiekvivalens

Transkript:

AST1010 En kosmisk reise Forelesning 16: Hvite dverger, supernovaer og nøytronstjerner

Små stjerner (< 2 solmasser): Heliumglimt

Gassen er degenerert

Degenerert gass Oppstår ved svært høytetthet (hvis temperaturen er lav nok) Vanlig gass utvider seg når den blir varmere bremser fusjon noe Det gjør ikke degenerert gass ukontrollert fusjon Når løpsk fusjon får temperaturen høy nok, slutter gassen å være degenerert og begynner å oppføre seg normalt igjen

Solens ferd på HR-diagrammet etter hovedserien

Rask overgang gap nesten uten stjerner her

Større stjerner mer direkte til kjempestadiet

Røde dverger à blå dverger? (blåses ikke opp)

Men hva skjer etter dette?

Solen: Asymptotisk kjempegren Hydrogen (ikke fusjon) H à He Helium (ikke fusjon) C, O (ikke fisjon) He à C, O

Skallbrenning både av hydrogen og helium: Enormt strålingstrykk Hydrogen (ikke fusjon) H à He Helium (ikke fusjon) C, O (ikke fusjon) He à C, O

I tillegg er stjerna svært stor: Svak gravitasjon ved overflaten (massen er jo uendret) Hydrogen (ikke fisjon) H à He Helium (ikke fusjon) C, O (ikke fusjon) He à C, O

Planetarisk tåke (< 8 solmasser) Stort strålingstrykk og lite gravitasjon De ytre lagene av stjerna slynges ut Dette foregår i flere omganger: Stjerna pulserer Til slutt er nesten all stjernas masse slynget ut i rommet

AST1010 - Stjernenes sluttstadier 14

AST1010 - Stjernenes sluttstadier 15

AST1010 - Stjernenes sluttstadier

AST1010 - Stjernenes sluttstadier 17

Varmere og varmere lag kommer til syne

Hva blir igjen? Når resten av stjerna slynges ut, blir trykket lavere i stjernas indre Fusjon i skallene opphører (stjerna slukkes ) Vi står igjen med en naken, varm kjerne som sakte avkjøles En HVIT DVERG

Luminositeten går ned når fusjonen stanser

Hvit dverg: Ikke stjerne (ingen fusjon), men varm stjernerest

Solen som hvit dverg: På størrelse med Jorden

Hvite dverger er kompakte Eksempel: Hvit dverg med radius lik 10 4 km og samme masse som solen. Gjennomsnittstetthet = 5 x 10 8 kg/m 3 En Iphone laget av hvit dverg-stoff ville ha veid 25 tonn!

Nært eksempel: Sirius B

De fleste hvite dverger: Sakte nedkjøling til sort dverg

Men ikke alle!

https://youtu.be/5yzkaor3wle

Dobbeltstjerne: Hvit dverg + rød kjempe Rød kjempe: Ytterste lag løst bundet til stjernen Hvit dverg: Svært kompakt og relativt massiv (en hvit dverg på 1 solmasse har radius 1.5 ganger jordens) Resultat: Gravitasjonskrefter fra dvergen vil suge til seg gass fra den røde kjempestjernen

Nova Hydrogengass fra kjempen går i en spiral (skive) innover mot den hvite dvergen Dermed varmes gassen kraftig opp Til slutt kan hydrogenet fusjonere, og den hvite dvergen øker kraftig i lysstyrke for en kort periode ( Nova betyr ny stjerne.)

Nova Hercules 1934 AST1010 - Stjernenes sluttstadier 30

Novamekanismen 31

Mer om degenerert gass Hvorfor kollapser ikke den hvite dvergen pga. gravitasjon? Ikke strålingstrykk (ingen fusjon) I en hvit dverg er materien degenerert (svært kompakt, ikke for varmt) Elektroner i degenerert gass setter opp et trykk som balanserer tyngdekraften!

Chandrasekhar-grensen (1.4 solmasser) Jo tyngre en hvit dverg er, jo mindre blir den! (mot normalt) Dette skyldes degenerert gass Tyngdekraften blir mer ekstrem jo mer materien pakkes sammen Ved 1.4 solmasser klarer ikke lenger degenerasjonstrykket fra elektronene å holde den hvite dvergen stabil: Den kollapser

Supernova type 1a Hvit dverg rett under Chandrasekhargrensen (nesten 1.4 solmasser) Suger til seg hydrogen fra rød kjempestjerne i nærheten Kommer dermed over Chandrasekhar-grensen Den hvite dvergen kollapser!

Supernova type 1a Den hvite dvergen kollapser! I løpet av kollapsen blir det tett og varmt nok til at C/O-kjernen begynner å fusjonere Kollapsen skjer så raskt at hele dvergen fusjonerer på en gang. En fusjonsbombe på 1.4 solmasser!

Supernova type 1a Kan også oppstå om to hvite dverger kolliderer (og til sammen veier mer enn 1.4 solmasser) Dette er faktisk det mest sannsynlige scenariet Det kan hende at nova-mekanismen fjerner masse fra den hvite dvergen. I så fall er dette eneste måte å få en supernova type 1a på!

https://youtu.be/s7gnpv6q2xk

(Svar: Supernovaen er ca. en milliard ganger kraftigere.) Fra boken What if? av Randall Munroe

Burde vi være bekymret for Sirius A og B? SN 1006A: 7 200 lysår unna Sirius: 8.6 lysår unna Men: Sirius A er ikke en rød kjempe (før om 700 millioner år) Ingen grunn til panikk foreløpig J By NASA, ESA, H. Bond (STScI), and M. Barstow (University of Leicester) http://www.spacetelescope.org/images/html/heic0516a.html, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=477445

Men hva med stjerner større enn 8 solmasser? Disse stjernene er massive nok til å holde på de ytre lagene Ingen planetarisk tåke à ingen hvit dverg Fortsetter fusjon til tyngre og tyngre grunnstoffer opp til 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

Jernkjernen Legger stadig på seg pga. fusjon i skall rundt Men ikke strålingstrykk innenfra (ingen fusjon i jernkjernen) Resultat: Jernkjernen kollapser til slutt!

Jernkjernens kollaps Energien som frigjøres i kollapsen splitter kjernen i elektroner, protoner og nøytroner (tidligere fusjon reverseres) Degenererte elektroner klarer ikke å stanse denne kollapsen Elektroner fanges inn: p + + e à n + ν ( (nøytroner og nøytrinoer) Degenererte nøytroner klarer å stoppe kollapen brått!

Kollapsen bråstopper: Sjokkbølge Kjernen (som nå består av nøytroner) stanser kollapsen brått Resten av stjerna faller ned på kjernen Sjokkbølgen fra denne kollisjonen brer seg utover i stjerna Nøytrinoene som ble dannet i kjernen (se forrige lysark) kolliderer med den tette materien og gir sjokkbølgen et ekstra dytt

https://youtu.be/4spq9_-h0bs

Nøytrinoer (må ikke forveksles med nøytroner) Vanligvis går de nesten alltid rett gjennom annen materie (f. eks. jordkloden og mennesker) Hvis det er enormt mange av dem, og materien har ekstremt høy tetthet, vil vi likevel få mange kollisjoner I en kjernekollaps-supernova skjer dette: Du kan få en dødelig dose nøytrinostråling på en avstand av 2.3 AU

Om du altså av en eller annen grunn overlever selve eksplosjonen, vil altså selv nøytrinoene kunne drepe deg. Fra boken What if? av Randall Munroe

??? By ESA/Hubble, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=35306789

Tre typer supernova Navn Kommer fra Lysstyrke Etterlater seg Karbon-detonasjon Type 1a Hvit dverg (1.4 M sol ) Stort sett alltid lik Ingenting Kjernekollaps (Type 1b, 1c, 2) Stjerne > 8 M sol Varierer med stjernas masse Nøytronstjerne eller sort hull Par-ustabil Stjerne > 60-80 M sol (men ikke alle) Ca. 100 x mer enn kjernekollaps Ingenting

Hva er en nøytronstjerne?

Nøytronstjerner er ekstremt kompakte Eksempel: Nøytronstjerne med radius lik 10 km, samme masse som solen. Gjennomsnittstetthet = 5 x 10 17 kg/m 3 En milliard ganger tettere enn en hvit dverg! En Iphone laget av nøytronstjernestoff ville ha veid 2.5 x 10 13 kg, ca. 30 ganger mer enn den samlede vekten av verdens befolkning!

Kan man ta på en nøytronstjerne-bit? Fra boken What if? av Randall Munroe

Den første pulsaren

Forklaring? Så flere pulsarer, perioder i ms-s-området. Må være et 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 magnetfelt sender ut stråling

Vi får topper i signalet når en av de magnetiske polene peker mot oss

Under 8 solmasser: Ender som hvit dverg 59

8-25 solmasser: Ender som nøytronstjerne 60

Mer enn 25 solmasser: Ender som sort hull (neste forelesning) 61

Legg merke til at mye masse går tapt i planetarisk tåke/supernova 62

Hvit dverg/nøytronstjerne/sort hull mye mindre massiv enn opprinnelig stjerne 63

Neste forelesning: Galakser og sorte hull