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

Like dokumenter
AST1010 Forlesning 14

AST1010 Forlesning 14. Stjernenes liv fra fødsel til død

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

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

AST1010 En kosmisk reise Forelesning 15: Hvite dverger og supernovaer

Stjernens livssyklus mandag 2. februar

AST1010 Forlesning 15. Stjernenes liv fra fødsel til død

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 12: Melkeveien

Melkeveien sett fra jorda

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

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

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

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 17: Melkeveien

AST1010 Forlesning 14

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise

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

AST1010 En kosmisk reise

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

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 13: Sola

RST Fysikk 1 lysark kapittel 10

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Grunnstoffdannelse. (Nukleosyntese)

AST1010 En kosmisk reise. Stjernenes liv fra fødsel til død

Fasit for AST1010 høsten 2004.

AST1010 En kosmisk reise Forelesning 12: Sola

AST1010 En kosmisk reise Forelesning 13: Sola

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

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

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 19: Kosmologi

AST1010 En kosmisk reise

Leksjon 10 Stjerneutvikling fra fødsel (protostjerner) til død (hvite dverger)

Leksjon 12: Stjerneutvikling fra fødsel til død

Oppgaver, Fasit og Sensurveiledning

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

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

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 18: Galakser og galaksehoper

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 den kosmiske reisen: Onsdag 19 november 2008

AST1010 En kosmisk reise

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

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

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 21: Oppsummering

UNIVERSITETET I OSLO

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

Oppgaver med fasit for AST1010 våren 2004

AST1010 våren 2010 Oppgaver med fasit

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 12: Dannelsen av solsystemet

UNIVERSITETET I OSLO

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

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 8: Sola

AST1010 En kosmisk reise

Romfart - verdensrommet januar 2007 Kjartan Olafsson

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

EksameniASTlolo 13 mai2

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk naturvitenskapelige fakultet

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 12: Dannelsen av solsystemet

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

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

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

Eksamen AST november 2007 Oppgaver med fasit

AST1010 En kosmisk reise

Referat fra medlemsmøte i TAF 5. oktober 2011

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

Eksamensoppgaver AST1010 våren 2008 med forslag til fasitsvar.

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise. Innhold 9/27/15. Forelesning 12: Dannelsen av solsystemet

Eksamen AST1010 oppgaver med fasit

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

Leksjon 16: Supernova - en stjerne som dør

AST1010 En kosmisk reise

Stråling fra rommet. 10. November 2006

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

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 7: Dannelsen av solsystemet

AST1010 En kosmisk reise

Eksamen i Astrofysikk, fag TFY4325 og FY2450 Torsdag 2. juni 2005 Løsninger

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

UNIVERSITETET I OSLO

Spørretime før eksamen AST 1010

Hvor kommer magnetarstråling fra?

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

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise. Innhold. Stjerners avstand og lysstyrke 9/27/15

Supernova - en stjerne som dør

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

Oppgaver med fasit høstsemesteret 2006.

Oppgaver med fasit våren Hva er månefaser? Hvorfor har vi månefaser?

Observasjon av universet ved ulike bølgelengder fra radiobølger til gammastråling. Terje Bjerkgård og Erlend Rønnekleiv

EN STJERNES LIV AV: SHERMILA THILLAIAMPALAM

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

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise

Egil Lillestøll, Lillestøl,, CERN & Univ. i Bergen,

AST1010 den kosmiske reisen 15 november Hva forstår vi med jordaksens presesjon og hva forårsaker presesjonen?

Repe)sjon, del 2. Oppgave 1: 11/4/15. Merkur og Venus alltid nær sola. Gjennomgang av eksamen H2010 Råd og formaninger

Transkript:

AST1010 Forlesning 14 Stjernenes liv fra fødsel <l død Innhold Interstellare skyer Stjernedannelse i kalde skyer. Veien <l hovedserien Tiden på hovedserien Livet eger hovedserien for lege stjerner Livet eger hovedserien for tunge stjerner Skyer av gass og støv Tåker av gass og støv finnes mellom stjernene. Skyene inneholder 10% av vanlig masse i vår galakse. De består av hydrogen og heliumgass, små mengder av de andre grunnstoffene og støv. Grunnstoffer: 90% H, 10% He, 0.1% tyngre grunnstoffer Støvpar<kler i skyer omfager: Små kullbaserte 5 x 10-6 mm, polyaroma<ske hydrokarboner (eksosgass). Komplekse strukturer med kull- eller silisiumkjerner 3 x 10-4 mm. 3 1

Skyer av gass og støv I de kaldeste skyene finnes gassmolekyler. H 2 (molekylært hydrogen), CO (karbonmonoksid), H 2 O (vann), NH 3 (ammoniakk), H 2 CO (formaldehyd), flere typer alkoholer, mm. I alt er det påvist ca 150 ulike molekyler. Stjernedannelse foregår i de kaldeste og tegeste tåkene. Klassifikasjon av interstellare skyer Tre hovedtyper av tåker eger utseende: Emisjonståker. Refleksjonståker. Mørke absorberende tåker. Tre hovedtyper eger fysiske kriterier: HII- områder. Vanlige hydrogenskyer. Kjempestore molekylskyer (KMS) (Engelsk: GMC: Giant Molecular Clouds.) 5 To refleksjonståker og en emisjonståke 6 2

Kjempestore molekylskyer Giant Molecular Clouds 3 stadier av hydrogen i skyene: Kalde skyer: H 2 molekyler. Varmere skyer: vanlig atomært hydrogen, H. Varme skyer: ionisert hydrogen, H II områder. Stjernedannelsen skjer i de mørke, tege skyene, som vesentlig består av hydrogenmolekyler, H 2. Skyene må være kalde med stor nok teghet dersom sammentrekningen skal begynne. 7 Hestehodetåken - en ugjennomsik<g molekylsky 8 Bok- globuler i IC2944 Bok- globu- lene er ugjennom- sik<ge mot en rødt lysende bakgrunn i en emisjons- tåke. AST1010 - Stjerners dannelse og livsfaser 9 3

Hva må <l for å få gassen <l å trekke seg sammen? Temperatur så lav som 10 K kombinert med høy teghet. Høyere temperatur à molekylene beveger seg så raskt at gassen spres. Gravitasjonskreiene må være sterke à mye masse i lite volum, altså stor teghet. En sammenpressing fra utsiden vil kunne starte en sammentrekning, og dege er kanskje også nødvendig. 10 Sammenpressing: Fem mulige årsaker Supernovaeksplosjon supernovaen kaster av seg et gass- skall som farer ut fra stjernen med supersonisk has<ghet og treffer en interstellar sky. Kollisjon mellom to interstellare skyer. Stråling fra en eller flere svært lysende stjerner skyver gass utover fra stjernen og pakker den sammen. Turbulente bevegelser inne i skya. Spiralbølger i noen galakser. 11 Faser i stjerneutviklingen Kald sky fragmenterer <l klumper på 50 solmasser, som trekker seg sammen. Protostjernefasen sentralobjektet varmes opp, men mogar fortsag gass som faller inn fra skya rundt stjernen. Energikilden er fallenergi. Prehovedseriefasen innfall av gass stopper, stjerna varmes fortsag opp, men fusjon av hydrogen er ennå ikke startet. Hovedseriefasen stjerna er nå stabil, er på hovedserien og fusjonerer hydrogen <l helium. Fusjonen sluger posthovedseriefasen. Antenning av heliumfusjon: 3 x 4 He à 12 C. 12 4

Sky med 10 4 solmasser Fragmenterer i klumper på 10-50 solmasser og størrelse ~ 0.1 pc. Klumpene blir til protostjerner i løpet av 10 millioner år (for sollignende stjerner.) 13 AST1010 - Stjerners dannelse og livsfaser 14 Proto- og pre- hovedseriefase Indre delene av skya faller sammen <l et sentralobjekt. Massen øker sterkt. Kollaps gir dobbelt- eller enkeltstjerner med og uten planetskiver. Protostjernefase varer i 3 10 6 år for en stjerne som sola. Innfall av gass og støv stoppes av stjernevind og kraiig stråling - gir pre- hovedseriestjerne. Energi fremdeles fra sammentrekning inn<l temperatur i sentrum når ca 10 7 K. Fusjon starter og lager nok energi <l å stoppe videre sammentrekning. 15 5

AST1010 - Stjerners dannelse og livsfaser 16 Stjerner kan også bli for store Ustabile hvis mer enn 100 solmasser 17 M11 AST1010 - Stjerners dannelse og livsfaser 18 6

M50 AST1010 - Stjerners dannelse og livsfaser 19 Livet på hovedserien * Stjerner på hovedserien øker i lysstyrke i løpet av sin leve<d der. * For sola er økningen omtrent 30%. 20 Leve<d på hovedserien for stjerner Leve<der stemmer rimelig bra med relasjonen mellom masse og lysstyrke : τ ~ M - 2.5 for stjernetyper <dligere enn klasse M. 21 7

22 Heliumfusjon Kjernen fortseger å varmes opp inn<l den når 120 x 10 6 K. Da begynner heliumfusjon i en kjerne som har en radius som bare er 0.1% av stjernens radius. Trippel alfaprosessen ved 120 MK: 4 He + 4 He + 4 He à 12 C + γ Også 12 C + 4 He à 16 O + γ Heliumbrenning pågår i ca 20% av den <d hydrogenbrenningen varer. 23 Gradvis heliumbrenning eller heliumglimt? Stjerner med masser over 2 solmasser har gradvis overgang <l heliumbrenning. Gassen i det indre er en normal gass, der trykket øker når temperaturen øker Stjerner med masse under 2 solmasser vil bestå av degenerert gass i det indre. Trykket er da uavhengig av temperatur. Temperaturen kan øke eksplosivt. 24 8

En kulehop Kulehoper kan ha opp <l en million stjerner. De er stabile. Gravitasjon holder dem sammen. Stjernene i kulehoper kan være meget gamle. 25 26 Populasjoner og metallinnhold i stjerner Skiller populasjonene gjennom spektrene: Populasjon II- stjerner (øverst) - metallfapge og gamle Populasjon I- stjerner (nederst) - metallrike og unge 27 9

Utvikling av stjerner under 2 solmasser - Skallbrenning av hydrogen i den røde kjempegrenen. - Heliumflash en stor del av heliumet i kjernen omvandles?l karbon i løpet av?mer. Omstrukturering. - Jevn forbrenning resterende He C i horisontalgrenen. - Skallbrenning av helium i den asympto?ske kjempegrenen. - Sterke stjernevinder opp?l ~ 10-6 solmasser per år. 28 Indre struktur og størrelse for AGB- stjerne Kjernen hvor alt foregår er på størrelse med jorda. TeGheten i ytre lag er meget lav. 29 Veien <l planetariske tåker Sammentrekning gir fortsag oppvarming i kjernen, men temperaturen når ikke 600 millioner grader og fusjon av karbon <l tyngre elementer kommer aldri i gang! Heliumskallbrenning gir varierende energiproduksjon fordi heliumbrenning er så temperaturfølsom. Stjernen vekselvis ekspanderer og trekker seg sammen. Stjernen varierer irregulært i lysstyrke og vandrer fram og <lbake horisontalt i HR diagrammet. I fasene med ekspansjon kjøles overflatelagene. Hydrogen blir da nøytralt og ionisasjonsenergi frigjøres i form av stråling. Stråling fra det indre absorberes i lagene med nøytralt hydrogen som på nyg varmes opp - syklusen fortseger. Den frigjorte ioniseringsenergien og fotoner fra heliumskallflash puffer på gassen i overflatelagene og gjør at stjernens ytre lag kastes av i flere omganger. VI FÅR EN PLANETARISK TÅKE OG EN UTBRENT KJERNEREST. 30 10

31 AST1010 - Stjernenes slugstadier 32 AST1010 - Stjernenes slugstadier 33 11

AST1010 - Stjernenes slugstadier AST1010 - Stjernenes slugstadier 35 Stadiet med planetariske tåker - en oppsummering Nesten alle stjerner (95 %) vil gå gjennom et stadium hvor de sender ut en planetarisk tåke. (De øvrige blir supernovaer.) Trolig finnes 20 000-100 000 slike tåker i vår galakse. Tåkene er kortlivede, typisk alder 10 000 50 000 år. 36 12

AST1010 - Stjernenes slugstadier 37 Hva skjer med de store stjernene? (M > 8 solmasser) Stjerner mindre enn 8 solmasser ender som planetariske tåker og hvite dverger. Massive stjerner blir supernovaer og ender som nøytronstjerner og sorte hull. De massive stjernene lager det meste av de grunnstoffene i universet som er tyngre enn karbon, oksygen og nitrogen. 38 Stjerneutvikling i sent stadium for en massiv stjerne større en 8 solmasser AST1010 - Stjernenes slugstadier 39 13

40 Sen fase i utviklingen av massive stjerner Strålingstrykket fra fusjonen i skall skyver stjernegassen i de ytre lagene utover à gir en massiv stjernevind. SluGproduktet av fusjonene er jern. Videre. fusjonering frigjør ikke, men forbruker energi. Resultat av skallbrenningen gir en stadig større askehaug av jern i sentrum av stjernen. Når jernkjernen overs<ger 1.4 solmasser greier ikke degenerasjonstrykket å stå imot vekten av de overliggende lagene. Kjernen faller straks sammen. 41 Kjernekollaps og eksplosjon Kollaps gir temperaturs<gning <l 5 x 10 9 K Fotodisintegrasjon vil bryte opp de tunge atomkjernene: γ + 56 Fe à 13 4 He + 4n. Grunnstoffer bygget opp over millioner av år brytes ned på en brøkdel av et sekund! Kjernekollaps stopper når kjernediameter har avtag <l ca 10 km; teghet 4x10 14 g cm - 3. TeGheten gir nøytronisering: p + + e - à n + ν e. Merk at prosessen frigjør store mengder nøytrinoer (noen ganger 10 57 nøytrinoer). 42 14

Kjernekollaps og eksplosjon (2) De overliggende lag faller ned mot kjernen med has<ghet opp mot 50,000 km s - 1. Teori (før ca. 1987): gassen spreger elas<sk <lbake fra kjernen med stor nok has<ghet <l å gi supernovaeksplosjon en sjokkbølge løier den overliggende massen. Det viste seg at sjokket stagnerte ble stående s<lle mens massen fortsage å strømme nedover gjennom sjokkfronten. Nøytrinoabsorpsjon i sjokkfronten (nøytrinostrålingstrykk) får sjokket i gang igjen, tror man (men ennå usikkerhet her). 43 Kjernekollaps og eksplosjon (3) Eksplosjonen er inhomogen antent av nøytrinodrevet konveksjon i kjernen. Inhomogeniteten er vik<g for å forklare supernovafenomenet. Gassene som <l slug kastes av blir komprimert av nøytrinostrålingen og varmet opp slik at fusjon starter. Denne fusjonen i gassen som kastes ut bygger opp en hoveddel av de tunge grunnstoffene fra supernovaeksplosjoner. De mest massive grunnstoffene bygges opp ved nøytronabsorpsjon, såkalte r prosesser. 44 Cygnusløkken i røntgen ß à E0102-72 Krabbetåken ß Vela à 45 15

De tunge grunnstoffene? Supernovaer av type II Stjernevind fra kjempestjerner (i hovedsak karbon og oksygen) s og r prosesser (for slow og rapid) dege er prosesser hvor nøytroner tas opp i kjerner og det dannes et tyngre grunnstoff danner flere grunnstoffer og isotoper enn fusjon alene danne grunnstoffer tyngre enn jern Nukleosyntese i interstellar gass forårsaket av energirike kosmiske protoner og elektroner 46 Neste forelesning: Stjernelik : Hvite dverger, nøytronstjerner og sorte hull 16