Stjernernes død De lette

Transkript

1 Stjernernes død De lette Fra hovedserie til kæmpefase pp-proces ophørt. Kernen trækker sig sammen, opvarmes og trykket stiger. Stjernen udvider sig pga. det massive tryk indefra. Samtidig afkøles overfladen og bliver mere rødlig. Stjernen er blevet en rød kæmpe. pp-fusion starter i en skal uden om kernen. Ved ca K starter He-fusion i kernen.

2 Stjernernes død De lette Kvantetrykket Densitet af kerne meget høj Elektroner opfører sig kvantemekanisk: Paulis udelukkelsesprincip Ubestemthedsrelationer Δx Δp ħ 2 Giver et kvantetryk, som sætter idealgasligningen ud af spil. Man siger at elektronerne er degenererede.

3 Stjernernes død De lette Kvantetrykket og Heliumglimt I starten sker heliumfusion ukontrolleret, da idealgasligningen ikke duer til at regulære trykket. Enorm energiudladning i centrum, som får T til at stige og genoprette de normale forhold. Stabil He-fusion i ca. mia. år.

4 Stjernernes død De lette Planetarisk tåge og HD De yderste løsere bundne lag bliver ustabile og forsvinder ud i verdensrummet. Stjernen kaldes en planetarisk tåge. I de afsluttende faser af Hefusionen forstærkes dette. Stjernen mister alt sit hår. Tilbage er en glødende varm kerne, - en hvid dværg, som gradvist afkøles.

5 Stjernernes død De lette Forløbet i HR-diagram Rød kæmpe Planetarisk tåge: Hvid dværg:

6 Stjernernes død De tunge På vej mod jernkatastrofen I løbet af kæmpefasen starter flere og flere fusionsprocesser i skaller. Stjernen får dannet adskillige grundstoffer op til jern-56: Si + 2 He 16 S S + 2 He 18 Ar Fe + He Ni Ni 27 Co e + 0 ν (T ½ = 6d) Co 26 Fe e + 0 ν (T ½ = 77d)

7 Stjernernes død De tunge På vej mod jernkatastrofen De sidste processer går meget stærkt! Stjernen ikke i stand til at udvinde mere energi ved fusion.

8 Kollapset Stjernernes død De tunge Trykket fra fusionsprocesser ophører. Elektronernes kvantetryk er det eneste tryk der hindrer kernen i at kollapse. Elektronernes kvantetryk har dog en øvre grænse pga. elektronindfangning: 1p e 0 1 n ν De centrale dele af stjernen kollapser.

9 Stjernernes død De tunge Supernovaeksplosionen Kollapset (implosionen) fortsætter indtil hele kernen er omdannet til neutroner. Herved opstår et kvantetryk fra neutronerne, da de også skal opfylde Pauliprincippet. På den måde vendes implosionen til en eksplosion Supernova. Tilbage er der en neutronstjerne i centrum.

10 Stjernernes død De tunge Kollapset igen Kollapset stopper når neutronerne er blevet pakket som i en atomkerne. Hvorfor stopper kollapset? Da neutronerne også vil yde et kvantetryk, og derfor ikke kan pakkes vilkårligt tæt. Pga. neutronernes store masse i forhold til elektronerne kan de pakkes meget tættere. Δx Δp ħ 2 Δx Δv ħ 2m

11 Stjernernes død De tunge Supernovaeksplosionen Energi udløst: ~ J 99% i neutrinoer. 1% i selve eksplosionen. 0,01% som synligt lys. Alligevel lyser en supernova som en hel galakse på 100 mia. stjerner!

12 Stjernernes død De tunge Supernova 1987a

13 Stjernernes død De tunge Dannelse af grundstoffer tungere end jern Alle grundstoffer tungere end jern er dannet ved supernovaeksplosioner eller neutronindfangning i stjerner!

14 Stjernernes død De tunge Dannelse af grundstoffer tungere end jern s-proces (s for slow) Neutronindfangning i tunge stjerners kæmpefase, efterfulgt af betahenfald Eksempel: 56 Fe n 59 Fe Fe Co e + 0ν r-proces (r for rapid) Neutronindfangning i supernovaeksplosioner. Ekstremt bombardement af neutroner. Kerner formår at indfange mange neutroner før de henfalder ved betahenfald. Eksempel: Dannelse af guld:

15 Stjernernes død De tunge Grundstofdannelse i universet Oversigt over forskellige mekanismer for grundstofdannelse!

16 Neutronstjerner Egenskaber for neutronstjerner Radius km Masse 1,4 M sol 3M sol g~10 12 m/s 2 Ekstremt varme, 2-3 mio. K når unge. Roterer ekstremt hurtigt, ~1 sek. Har ekstremt magnetfelt, 10 8 T. Udsender pulserende stråling - Pulsar

17 Neutronstjerner Opdagelse af neutronstjerner (1967) Kilde udsender stråling hvert 3. sekund Eller snarere hvert sekund Eller snarere hvert sek. Mere præcist end til den tid, bedste tilgængelige ure!

18 Millisekunders pulsarer Opdaget Periode ~ msek. En del af et dobbeltstjerne- system. Neutronstjerner Suger stof til sig fra partner og udsender røntgenstråling. Det tilfaldende stof accelererer rotationen.

19 Sorte huller Grænser for neutronstjerners masse. Hvis M > 3M sol bliver neuronstjernen ustabil. Ekstreme tyngdeforhold beskrives ved Einsteins generelle relativitetsteori: Al form for energi skaber gravitation. Selv gravitationen skaber gravitation! Kernen kollapser til et punkt en singularitet!

20 Begivenhedshorisonten Sorte huller Schwarzschild-radius: Den afstand fra det sorte hul hvor undvigelsesfarten er lysets fart: v undv = 2GM R S = c R S = 2GM c 2 For solen er R S ca. 3 km. Denne grænse kaldes begivenhedshorisonten. Alt det der kommer indenfor begivnhedshorisonten er tabt for altid.

21 Rejsen i mod et sort hul Sorte huller Ekstreme tidevandskræfter. Astronauten bliver langstrakt. Lys udsendt tæt på begivenhedshorisonten er ekstremt rødforskudt. Ved begivenhedshorisonten er rødforskydningen uendelig.

22 Fakta eller fiktion Teoretisk velfunderet. Sorte huller Dog har vi (endnu) ingen teori for hvad der sker inde i et sort hul. Hvor observerer vi sorte huller? Dobbeltstjernesystemer. Galaksekerner. Cygnus X1 Stjerners bevægelse omkring mælkevejens centrum tyder på et M sol tungt sort hul.