Astrofysica - KennisBankSu

Astrofysica
Ontstaan En Levensloop
Van
Sterren
1
Astrofysica
•
•
•
•
•
•
•
9 avonden
Deeltjestheorie als rode draad
Energie van sterren
Helderheden
Straling en spectrografie
HR diagram
Diameters en massa
2
Astrofysica
•
•
•
•
•
•
Relatie massa en lichtkracht
Sterpopulaties
Onstaan van sterren
Levensstadia
Variabelen
Eindfasen van de sterevolutie
3
Stervorming
• Gravitationele krachten in H2 gebieden
• Protostellaire objecten ontstaan door:
• Dalende potentiele energie en stijgende
kinetische energie
• Verdichting kern, verhoging temperatuur en
druk
4
Protosterren
• Verraden zich door “jets”
• Omzichtbaar door accretieschijf
• Accretieschijf bevat “planeetmateriaal”
5
protosterren
• Sterren ontstaan in de omgeving van sterren
• Bij voldoende druk, massa, temperatuur en
stabiliteit (dus niet zoals hier op de
foto)
onstaat er
kernfusie
• Druk = diameter x gravitatieversnelling
• Temperatuur is recht evenredig met de druk
6
Protosterren
• Voor onze zon geldt:
• P=7x105 x100 x 1,4x20 = 2x109 atm
• Bethe, Weizsacker, Gamow en Teller
bewijzen dat bij deze druk de temperatuur
hoog genoeg is om kernfusie te laten
ontstaan.. A STAR IS BORN
7
A star is born
•
•
•
•
Een ster betekend KERNFUSIE
Kernfusie is samensmelten van kernen
Bijv: 4H1  He4 + 2ß+ + 2ν + 3γ
De kernkrachten moeten de
coulombkrachten overwinnen
• Fcoulomb = γ x e1 x e2 / r2
• Temperatuur voor 100% samensmelting is
108 oK
8
A Star Is Born
• Echter… de temperatuur in de kern is 18 x 106 oK.
• Fusie vindt dus niet constant plaats maar af en toe
bij botsingen (net iets meer druk en temperatuur).
De verdeling van moleculaire snelheden kan
precies worden berekend voor een bepaalde
temperatuur.
• Dit noemt men de Maxwell-Boltzmann
distributie of snelheidsverdeling.
• Fusie vindt plaats in de staart van de Maxwellse
snelheidsverdeling.
9
Maxwell 1
10
Maxwell 2
11
Kernfusie 1
• Fusie vindt plaats met de proton-proton
cyclus de triple alpha cyclus en de CNO
cyclus.
• Bij sterren is aan het spectrum fusie aan te
tonen. Bij zeer jonge sterren (door de
bedekking van de bokglobule) is niets te
zien.
12
Kernfusie 2
• Is de ster zichtbaar dan kan een spectrum
worden gemaakt zoals onderstaande
(oudste) spectrum van de zon.
13
Kernfusie 3
• Lijnen van waterstof in een spectrum
• Lijnen van helium in een spectrum
• Lijnen van koolstof in een spectrum
14
Kernfusie 4 De P-P Cyclus
•
15
Kernfusie 5 De P-P Cyclus
16
Kernfusie 6
• 97% van heliumvorming door P-P cycli.
• Per seconde “verwerkt” de zon
600.000.000.000 kg waterstof en verliest
uiteindelijk 4.000.000.000 kg waterstof.
• E=MC2 E= 4x1026 joules.
17
Kernfusie 7 De CNO Cyclus
18
Kernfusie 8
Relatie temperatuur en fusiecyclus
CNO
P-P
3α
106
108
19
Sterhelderheden
•
•
•
•
•
Fysiek en visueel
Magnituden
5 magnituden is factor 100
—
5
m =100 5V 100=2,512
5log m=2 log m=0,4  m=2.512
20
Sterhelderheden 2
•
•
•
•
•
•
•
Schijnbare helderheden
Poolster +2,2
Sirius +1,6
Maan –12,7
Zon –26,7 (helderste object)
Zwakste sterren +32
Atmosfeer +23
21
Sterhelderheden 3
• Een ster is nauwkeurig te meten met een
correctiemethode. Nodig om Alle
golflengten eerlijk hun invloed te laten
uitoefenen
• De Bolometrische correctie BC=mb-mv
22
Sterhelderheden 4
Gele ster
Blauwe
ster
(heet)
Rode ster
Oog
23
Temperaturen 1
• Sterren stralen als een Zwart lichaam,
energie is functie van de temperatuur.
• Licht wordt uitgestraald volgens de
Planckse krommen.
• De maximale energie verschuift naar het
violet bij een toenemende temperatuur
volgens de verschuivingswet van Wien.
24
Temperaturen 2
Verschuivingswet van Wien
25
Temperaturen 3
• De pieken van de energie verschuiven van
golflengte omgekeerd evenredig aan de
temperatuur (de wet van Wien)
• λmax x T = b b = 2,9.10-3 mK
• De energie die een ster uitzendt is recht
evenredig tot het kwadraat van de diameter
vermenigvuldigd met de vierde macht van
de temperatuur
26
Temperaturen 4
• Wat zegt U !!!!!!
• Dus F = 4πR2.T4.σ
• σ (sigma)=5.67.10-8
• Dit is de wet van Stephan Boltzmann
27
Temperaturen 5
• De op aarde (of een ander object) ontvangen
energie is nu te berekenen met:
• I = D2.T4.σ / A2
• I = ontvangen straling
• A2 = afstand tussen de objecten
• Hieruit te berekenen is de zonneconstante
per m2  1360 joule/s.m2
28
Temperaturen 6
• De golflengte is gelijk aan de lichtsnelheid
gedeeld door de frequentie (denk aan
radiozenders 1007Khz ~ 298 m)
• Volgens Wien λmax = T / b
• Uit bovenstaande volgt: fmax= c.T/b = w.T
• f is golflengte
c is lichtsnelheid
• b is constante
w is nieuwe constante
• Ofwel ……………
29
Temperaturen 7
• De golflengte waar een ster haar maximale
energie uitzendt is recht evenredig aan de
temperatuur
• Planck vond dat alle energie in een
golfkarakter wordt uitgezonden in een kurve
die uit allemaal hele kleine sprongetjes
bestaat (quanta) ΔE = hf =mc2
• h is de constante van Planck 6,625.1034 Js
30
Straling En Spectroscopie
• Bohr stelde vast dat de sprongetjes
veroorzaakt werden door electronen die
naar een andere baan rond de kern sprongen
en daarbij energie vrijgaven.
• Nu noemen we dit emissie energie in
tegenstelling tot electronen die naar een
baan van hogere energie gaan, dat zijn de
absorptie sprongen.
31
Straling En Spectroscopie 2
32
33
34
•
35