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

Like dokumenter
AST1010 En kosmisk reise

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 En kosmisk reise

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

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

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

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 21: Oppsummering

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

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 12: Melkeveien

UNIVERSITETET I OSLO

Stjernens livssyklus mandag 2. februar

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO

EksameniASTlolo 13 mai2

Løsningsforslag til avsluttende eksamen i AST1100, høsten 2013

Romfart - verdensrommet januar 2007 Kjartan Olafsson

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

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

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

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 17: Melkeveien

Melkeveien sett fra jorda

Svarte hull kaster lys over galaksedannelse

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 19: Kosmologi

Supermassive sorte hull og galakser..margrethe Wold. Institutt for teoretisk astrofysikk, Universitetet i Oslo

Spørretime før eksamen AST 1010

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

UNIVERSITETET I OSLO

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 4: Fysikken i astrofysikk, del 1

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

UNIVERSITETET I OSLO

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. Forelesning 19: Kosmologi, del I

AST1010 En kosmisk reise

Hvor kommer magnetarstråling fra?

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 12: Dannelsen av solsystemet

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

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 18: Galakser og galaksehoper

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

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 12: Dannelsen av solsystemet

AST1010 En kosmisk reise

Eksamensoppgaver AST1010 våren 2008 med forslag til fasitsvar.

AST1010 Forlesning 15. Stjernenes liv fra fødsel til død

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

UNIVERSITETET I OSLO

AST1010 En kosmisk reise Forelesning 13: Sola

AST1010 En kosmisk reise

UNIVERSITETET I OSLO

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise

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

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

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

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 7: Dannelsen av solsystemet

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

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk naturvitenskapelige fakultet

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

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

AST1010 Forlesning 14

De vikagste punktene i dag:

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

Løsning, eksamen FY2450 Astrofysikk Lørdag 21. mai 2011

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Dopplereffekten Relativitetsteori Partikkelfysikk

Oppgaver, Fasit og Sensurveiledning

AST1010 Forlesning 14. Stjernenes liv fra fødsel til død

Grunnstoffdannelse. (Nukleosyntese)

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise

Europas nye kosmologiske verktøykasse Bo Andersen Norsk Romsenter

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

FASIT UNIVERSITETET I OSLO. Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

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

EN STJERNES LIV AV: SHERMILA THILLAIAMPALAM

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 7: De indre planetene og månen del 1: Merkur og Venus

Eirik Gramstad (UiO) 2

Fasit for AST1010 høsten 2004.

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

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 13: Sola

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

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

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

AST1010 En kosmisk reise

2/7/2017. AST1010 En kosmisk reise. De viktigste punktene i dag: IAUs definisjon av en planet i solsystemet (2006)

AST1010 våren 2010 Oppgaver med fasit

Professor Elgarøy avslører: Hva DU bør repetere før AST1100-eksamen!

RST Fysikk 1 lysark kapittel 10

Gravitasjonsbølger og LIGO-detektorene. Foredrag for TAF. 23. april 2016, Erlend Rønnekleiv

AST1010 En kosmisk reise

UNIVERSITETET I OSLO

Det matetmatisk-naturvitenskapelige fakultet Midtveis -eksamen i AST1100, 10 oktober 2007, Oppgavesettet er på 6 sider

Hva er alle ting laget av?

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

Transkript:

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

Innhold Oppsummering av stjernedød Pauliprinsippet og degenererte gasser Hvite dverger, novaer og supernovaer av type Ia Nøytronstjerner og pulsarer Sorte hull i teori og praksis

Stjernedød i to varianter Lette stjerner (M < 8 solmasser): Når heliumfusjon i kjernen slutter, kastes gass av i flere omganger. Vi ender opp med en planetarisk tåke og en utbrent kjerne som består av karbon og oksygen. Tunge stjerner (M > 8 solmasser): Fusjon i kjernen fortsetter opp til jern etter at heliumfusjon slutter. Etter dette kollapser kjernen, sjokkbølge blåser av de ytre lagene i en supernovaeksplosjon. Kjernen ender opp som enten en nøytronstjerne eller et sort hull.

Pauliprinsippet og fermigasser Pauli: To identiske partikler med halvtallig spinn kan ikke være i samme (kvante)tilstand. I vår sammenheng: I en gass med elektroner eller nøytroner, kan ikke midlere bevegelsesenergi være lik null ved T=0.

En elektron/nøytrongass utøver et trykk ved T = 0! T > 0 T = 0

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!

Nova Hercules 1934 AST1010 - Stjernenes sluttstadier 9

Novamekanismen 10

Chandrasekhar-massen I hvite dverger balanseres tyngdekreftene av trykkgradienten i den degenererte elektrongassen. Men dersom massen blir for stor, klarer ikke elektrongassen å balansere tyngdekreftene. Øvre grense for hvor tung en hvit dverg kan være kalles Chandrasekhar-massen. Den er omtrent 1.4 solmasser.

Supernovaer av type Ia Samme masseoverføringsmekanisme som gir novaer kan bringe en hvit dverg over Chandrasekhargrensen. Vil begynne å kollapse, tetthet og temperatur vil øke, fusjon av karbon og oksygen antennes eksplosivt. Hele stjerna eksploderer, fusjonsbombe på 1.4 solmasser! Standard lyskilde: Kan brukes til å bestemme avstander. Godt synlige selv i fjerne galakser.

Hva er en nøytronstjerne?

Zwickys supernovarester

Nøytronstjerner er ekstremt kompakte Eksempel: Nøytronstjerne med radius lik 10 km, samme masse som solen. Gjennomsnittstetthet = 5 x 10 17 kg/m 3 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!

Den første pulsaren 16

17

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. 18

AST1010 - Variable stjerner, pulsarer, sorte hull 19

20

Endring i perioden - glitch 21

Hulse og Taylors dobbeltpulsar

24

Sorte hull: En kort historikk John Michell (1783): Mørke stjerner Karl Schwarzschild (1916): Løsning av GR for en kuleformet massefordeling. Inneholdt en singularitet. Einstein og Eddington (bl.a.) trodde ikke singulariteten ville forekomme i virkeligheten. Oppenheimer og Volkoff (1939): Øvre grense for nøytronstjernemasser. Oppenheimer og Snyder (1939): Beregnet hvordan implosjonen av en ustabil stjerne ville se ut utenfra. Fant at tiden ville stoppe ved Schwarzschildradien: frossen stjerne. Teoretisk gullalder på 50- og 60-tallet. Kerr-løsningen for et roterende sort hull, Newman-løsningen for et sort hull med ladning. Oppdagelsen av pulsarer i 1968 og av Cygnus X1 førte til at muligheten ble tatt alvorlig igjen. John Wheeler døpte de frosne stjernene om til sorte hull.

Newtonske sorte hull l 26

Schwarzschildradien R 2GM s c 2 3 M km M sol

To myter om sorte hull De er kosmiske støvsugere eller superslurpere som til sist vil suge til seg all masse i universet. Å falle inn i et sort hull er en smertefull død. Begge påstander er gale!

Stabile sirkelbaner rundt et sort hull

Å falle inn i et sort hull

Å falle inn i et sort hull Det er ikke tyngdekraften i seg selv som er farlig, men forskjellen i tyngdekraften på, for eksempel hodet og føttene. Newton: forskjell i tyngdekraft går som 1/R 3. Samme resultat i GR. Sorte hull: R=2GM/c 2. Det vil si: Jo større sort hull, desto lenger inn kan du falle før tidekreftene dreper deg.

Masse (Solmasser ) Radius (km) Falltid (s) Auradius (R s ) Au-tid (s) 1 3 6.6 x 10-6 1.3 x 10 3 0.31 10 30 6.6 x 10-5 280 0.31 1000 3000 6.6 x 10-3 13 0.31 10 4 3 x 10 4 6.6 x 10-2 2.8 0.31 10 5 3 x 10 5 0.66 0.60 0.31 10 6 3 x 10 6 6.6 0.13 0.31 10 9 3 x 10 9 6.6 x 10 3 1.3 x 10-3 0.31 10 14 3 x 10 14 20 år! 6 x 10-7 0.31

Sorte hull i alle størrelser Supermassive sorte hull, 10 9 10 10 M SOL i kjernene til aktive galakser. Mange galaksekjerner har sorte hull med masser M ~ 10 6 10 8 M SOL. Middels store sorte hull 10 2 10 4 M SOL. Sorte hull på noen få solmasser (mer enn 3xM SOL ) er rester etter supernovaer. Mikroskopiske sorte hull M ~ 10 4 10 6 tonn kan ha blitt dannet i Big Bang fordamper - ikke påvist. Sorte hull har en endelig levetid. 34

Sorte hull kan stråle Hawking (1974): Kvantefysiske effekter nær horisonten fører til at sorte hull kan sende ut stråling. Samtidig mister de masse, svarende til energien til den utsendte strålingen. Sorte hull vil derfor fordampe! Men: Levetiden er ekstremt lang i normale tilfeller.

M (Solmasser) R s (km) T (K) Levetid / universets alder 10 9 3 x 10 9 6 x 10-17 10 84 10 6 3 x 10 6 6 x 10-14 10 75 10 3 3 x 10 3 6 x 10-11 10 66 1 3 6 x 10-8 10 57 10-3 3 x 10-3 6 x 10-5 10 48 10-9 3 x 10-9 60 10 30 10-20 3 x 10-20 6 x 10 12 10-3

Sorte hull roterer

Neste forelesning: Eksoplaneter og leting etter liv