AST1010 En kosmisk reise Forelesning 15: Hvite dverger og supernovaer

Like dokumenter
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

AST1010 Forlesning 15. Stjernenes liv fra fødsel til død

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

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

Stjernens livssyklus mandag 2. februar

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

AST1010 En kosmisk reise

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

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

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

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 Forlesning 14

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

UNIVERSITETET I OSLO

AST1010 Forlesning 14

AST1010 En kosmisk reise

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

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 13: Sola

AST1010 Forlesning 14. Stjernenes liv fra fødsel til død

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 12: Melkeveien

Melkeveien sett fra jorda

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

AST1010 En kosmisk reise. Stjernenes liv fra fødsel til død

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

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 17: Melkeveien

AST1010 En kosmisk reise

Spørretime før eksamen AST 1010

Oppgaver, Fasit og Sensurveiledning

EksameniASTlolo 13 mai2

Eksamensoppgaver AST1010 våren 2008 med forslag til fasitsvar.

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 13: Sola

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 21: Oppsummering

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

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

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

AST1010 En kosmisk reise

RST Fysikk 1 lysark kapittel 10

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

Romfart - verdensrommet januar 2007 Kjartan Olafsson

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

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

Leksjon 16: Supernova - en stjerne som dør

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 12: Sola

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

AST1010 En kosmisk reise

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

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

Referat fra medlemsmøte i TAF 5. oktober 2011

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

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

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

FASIT UNIVERSITETET I OSLO. Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

AST1010 En kosmisk reise. Innledende stoff om stjerner: Avstander, størrelsesklasser, HR-diagrammet

Supernova - en stjerne som dør

AST1010 En kosmisk reise

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

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk naturvitenskapelige fakultet

Fasit for AST1010 høsten 2004.

EN STJERNES LIV AV: SHERMILA THILLAIAMPALAM

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 8: Sola

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 14: En første 23 på stjernene

Grunnstoffdannelse. (Nukleosyntese)

UNIVERSITETET I OSLO

Hvor kommer magnetarstråling fra?

Svarte hull kaster lys over galaksedannelse

Leksjon 12: Stjerneutvikling fra fødsel til død

AST1010 våren 2010 Oppgaver med fasit

UNIVERSITETET I OSLO

AST1010 En kosmisk reise

Løsning, eksamen FY2450 Astrofysikk Lørdag 21. mai 2011

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 19: Kosmologi

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

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

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 18: Galakser og galaksehoper

Oppgaver med fasit for AST1010 våren 2004

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

AST1010 En kosmisk reise

Eksamen AST1010 oppgaver med fasit

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 12: Dannelsen av solsystemet

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise

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

CERN og The Large Hadron Collider. Tidsmaskinen

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

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

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

Stråling fra rommet. 10. November 2006

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

Transkript:

AST1010 En kosmisk reise Forelesning 15: Hvite dverger og supernovaer Dagens eksamensoppgave 3 p for enheter 2 p for størrelser (OBAFGKM teller som en størrelse her) 2 p for hovedserien 1 p for røde kjemper 1 p for sola 1 p for hvite dverger 1

Solens ferd på HR-diagrammet etter hovedserien Rask overgang gap nesten uten stjerner her Større stjerner mer direkte til kjempestadiet 2

Røde dverger blå dverger? (øker temperaturen i stedet for radius) Men hva skjer med solen etter asymptotisk kjempe-stadiet? Asymptotisk kjempe: Enormt strålingstrykk (skallbrenning i to lag) Hydrogen (ikke fusjon) H He Helium (ikke fusjon) C, O (ikke fusjon) He C, O 3

Svært oppblåst stjerne: Svak gravitasjon ved overflaten (massen er jo uendret fra tidligere) Hydrogen (ikke fusjon) H He Helium (ikke fusjon) C, O (ikke fusjon) He 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 12 4

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 5

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! 6

Nært eksempel: Sirius B De fleste hvite dverger: Sakte nedkjøling til sort dverg Dverger vi har støtt på så langt Brun dverg: For liten til å være en stjerne (ikke fusjon) Rød dverg: De minst massive hovedseriestjernene (type M) Blå dverg: Rød dverg etter hovedserien (teoretisk aldri observert) Hvit dverg: Rest av hovedseriestjerne < 8 solmasser (ikke fusjon) Sort dverg: Hvit dverg som er avkjølt (ikke fusjon) 7

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.) 8

Nova Hercules 1934 AST1010 - Stjernenes sluttstadier 25 Novamekanismen 26 Repetisjon: Degenerert gass (heliumflash) Oppstår ved svært høy tetthet (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 9

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! 10

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 (som i heliumflash, pga. degenerert materie) 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 i snitt fjerner masse fra den hvite dvergen. I så fall er dette eneste måte å få en supernova type 1a på! Supernova type 1a Vær generelt obs på at nova og supernova type 1a ikke er det samme! Alle hvite dverger kan bli en nova for en stund om det er en rød kjempestjerne i nærheten Massen til den hvite dvergen må være svært nær Chandrasekhargrensen for at novamekanismen skal utløse en supernova! 11

https://youtu.be/s7gnpv6q2xk Svar: Supernovaen er EN MILLIARD ganger lysere på 1 AU avstand! 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 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 12

Men hva med stjerner større enn 8 solmasser? Disse stjernene er massive nok til å holde på de ytre lagene Ingen planetarisk tåke 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! 13

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 n + ν e (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 14

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 (høres absurd ut til vanlig) 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 15

Tre typer supernova Navn Kommer fra Lysstyrke Etterlater seg Karbon-detonasjon Type 1a Kjernekollaps (Type 1b, 1c, 2) Par-ustabil Hvit dverg (1.4 M sol ) Stort sett alltid lik Ingenting Stjerne > 8 M sol Stjerne > 60-80 M sol (men ikke alle) Varierer med stjernas masse Ca. 100 x mer enn karbondetonasjon Nøytronstjerne eller sort hull Ingenting Disse er tema i neste forelesning Navn Kommer fra Lysstyrke Etterlater seg Karbon-detonasjon Type 1a Kjernekollaps (Type 1b, 1c, 2) Par-ustabil Hvit dverg (1.4 M sol ) Stort sett alltid lik Ingenting Stjerne > 8 M sol Stjerne > 60-80 M sol (men ikke alle) Varierer med stjernas masse Ca. 100 x mer enn karbondetonasjon Nøytronstjerne eller sort hull Ingenting Astronomiske avstander Hvordan vet vi at nærmeste stjerne er 4 lysår unna? Parallakse (kun nære stjerner) Hvordan vet vi at galaksen vår er 100 000 lysår i diameter? Absolutt og tilsynelatende magnitude til hovedseriestjerner gir avstanden til dem Hvordan vet vi at nabogalaksen (Andromeda) er 2.5 millioner lysår unna? Standardlyskilder Hvordan vet vi at de fjerneste objektene vi observerer er over 10 milliarder lysår unna? (OBS: Ingen av de 4 svarene er like.) 16

Eksempel på standardlyskilde: Supernova type 1a 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) Par-ustabil Stjerne > 8 M sol Stjerne > 60-80 M sol (men ikke alle) Varierer med stjernas masse Ca. 100 x mer enn karbondetonasjon Nøytronstjerne eller sort hull Ingenting Sammenligne tilsynelatende og absolutt magnitude for å finne avstand (repetisjon) Objekt m M m - M Solen -26.7 +4.83-31.53 Fullmånen -12.6 +32.46-45.06 Sirius (mest lyssterke stjerne) -1.47 1.42-2.89 Proxima Centauri (nærmeste stjerne) +11.1 +15.60-4.50 Mindre m M betyr kortere avstand! (Større = lenger avstand) Standardlyskilde Absolutt magnitude (M) er kjent (varierer lite) Tilsynelatende magnitude (m) kan måles Dermed lett å måle avstand til lyskilden (m-m kan regnes om til avstand) Vi kan se en supernova type 1a i en annen galakse og regne ut avstanden til galaksen 17

Standardlyskilder Supernova type 1a (synlig selv i andre galakser) Cepheider (en type variabel stjerne absolutt magnitude henger sammen med hvor raskt variasjonene i lysstyrke går) (+ flere andre) 18