sterrenles herzien.key

Over sterren, witte dwergen,
rode reuzen en zwarte gaten
Edwin Mathlener
Kosmische raadselen?
• Breng ze in voor de laatste les!
• Mail uw vragen naar
[email protected], o.v.v.
Sonnenborghcursus.
• Uw vragen komen dan terug in de
laatste les:“Kosmische raadselen”.
• Vragen mogen over alle onderwerpen
gaan, dus niet alleen over sterren.
100 000 lichtjaar
convectiezone
stralingszone
kern
15 miljoen graden
fotosfeer
6000 graden
Kernfusie
protonprotoncyclus
E=mc2
Kernfusie
CNO-cyclus
Zichtbare kenmerken van sterren
• Kleur
• Helderheid
Kleur
• Kleur: indicatie voor oppervlakte
temperatuur
• Rood is koel (4000 K)
• Geel is gemiddeld (6000 K)
• Blauw is heet (8000 K en meer)
Wet van Wien
Planckfunctie
Helderheid
• Ons oog onderscheidt grootteklassen:
magnituden
• Eén magnitude = factor 2,5
• Magnitude 1 -- helder
• Magnitude 6 -- zwakst
• Schaal uitgebreid naar boven en
beneden en wiskundig onderbouwd
Absolute helderheid
• Helderheid van sterren afhankelijk van
afstand.
• Sterren objectief vergelijken door ze
op dezelfde afstand te plaatsen: 10 parsec = 32 lichtjaar → absolute helderheid
Afstandsbepaling
• Door parallax: 1 boogseconde →
1 parsec = 3,2 lichtjaar
• Voor verdere afstanden
afgeleide technieken.
Massa van sterren
• Via dubbelsterren:
uit periode, snelheiden en afstanden
m.b.v. zwaartekrachtwetten van
Newton.
• Massa van sterren bepalend voor
levensloop.
Spectroscopie
Gloeiende
lichtbron
Prisma
Spleet
Continu
spectrum
Pickerings ‘harem’
Analyse van sterlicht leert ons:
• Samenstelling (soort lijnen)
• Temperatuur (soort lijnen)
• Type ster (reus of dwerg) (breedte
lijnen)
• Magneetveld (verdubbeling lijnen -Zeemaneffect)
Kleur-Helderheidsdiagram
Hertzsprung-Russelldiagram
• Vergelijk sterren objectief door kleur
en (absolute) helderheid in diagram te
plaatsen.
• Kleur ~ temperatuur ~ spectraaltype
• Absolute helderheid ~ lichtkracht
O B A
HRD
tot
100 pc
F
G
K
M
spectraaltype
temperatuur
Ia
superreuzen
Ib
reuzen
lichtkracht
IV subreuzen
V hoofdreeks
witte dwergen
kleurindex
II
III
helderheid (magnitude)
heldere reuzen
O B A
20
helderste
sterren
F
G
K
M
spectraaltype
temperatuur
Deneb
Rigel
β Crucis
Betelgeuze
Antares
β Centauri
Spica
Achernar Canopus
Capella
Regulus
Aldebaran
Wega
Fomalhaut
Sirius
Altair
Pollux
Procyon
α Centauri
zon
Ster van Barnard
kleurindex
helderheid (magnitude)
lichtkracht
Arcturus
O B A
F
G
K
M
spectraaltype
temperatuur
zeer groot
Diameters
van
sterren
lichtkracht
100 ๏
10 ๏
1๏
zeer klein
0,01 ๏
kleurindex
0,1 ๏
helderheid (magnitude)
1000 ๏
O B A
massalichtkracht
relatie
F
G
K
M
spectraaltype
temperatuur
20 M๏
helderheid (magnitude)
10 M๏
lichtkracht
2 M๏
1,5 M๏
1 M๏
0,5 M๏
0,1 M๏
kleurindex
Orionnevel
Proplyds
M16
HH 901 and HH 902 in Carina-nevel
NGC 346 in Kleine Magelhaense Wolk
a) donkere wolk
b) gravitationele collaps
c) protoster
bipolaire
uitstroom
omhulling
schijf
dichte kern
⇤ 200.000 AE ⇥
d) T Tauri-ster
bipolaire
uitstroom
centrale
ster
100.000 tot
⇥ 3.000.000 jaar
⇤ 10.000 AE ⇥
e) pre-hoofdreeksster
100 AE
⇤
500 AE
100 AE
10.000 tot
100.000 jaar
centrale
ster
3.000.000 tot
50.000.000 jaar
⇤
⇥
f) jong stersysteem
planetaire
puinschijf
protoplanetaire
schijf
⇤
tijd = 0
⇥
⇤
50 AE
planetenstelsel
na
⇥ 50.000.000 jaar
Hoe lang stralen sterren?
• De zon: ~ 10 miljard jaar
• Grotere massa, dan ook veel
helderder!
Voorbeeld:
• 2 x zwaarder → 15 x helderder
• Resultaat: leeft ruim 7 x korter
O B A
levensduur
F
G
K
M
spectraaltype
temperatuur
20 M๏
miljoenen jaar
lichtkracht
2 M๏
1,5 M๏
1 M๏
10 miljard jaar
0,5 M๏
0,1 M๏
100 miljard jaar
kleurindex
helderheid (magnitude)
10 M๏
Stabiele sterren in evenwicht
Gewicht kolom
materie
Tegendruk
sterrengas
zware stoffen zakken naar beneden
waterstof
olie
helium
water
Waterstof
Helium
Koolstof, stikstof, zuurstof
Triple-alpha proces
Rode reus:
He-fusie in
kern
Asymptotische reus (AGBster): He-fusie in schil om
koolstof kern
Lichtkracht
AG
B
Lichte en zware sterren
• ‘Licht’ tot ca. 8 zonsmassa
• Blaast buitenlagen geleidelijk weg:
planetaire nevel
• Verrijkt interstallair gas met C, N, O
• Kern blijft achter als witte dwerg (lichter dan
1,4 zonsmassa)
• ‘Zwaar’ boven 8 zonsmassa
• Eindigt als supernova!
Ei-nevel
Ei-nevel(WFC3
(CRL 2688)
zichtbaar licht en IR)
Witte dwerg
• Compacte ster: typisch ~ diameter aarde, ~ 1 zonsmassa
• Gedegenereerde (ontaarde) materie
• Snelbewegende elektronen leveren tegendruk
tegen zwaartekracht
• Chandrasekhar limiet: 1,4 zonsmassa
Supernova Type 1a
Witte dwerg
die te zwaar
wordt
explodeert als
super kernbom
Tycho, 1572
Chandra en Spitzer
Hubble, WFPC2
Supernova II (Ib,Ic)
•
•
•
•
Exploderende zware reuzenster
Vormt neutronenster of zwart gat
Weggeblazen buitenlagen rijk aan zware elementen
Nog zwaardere elementen worden gevormd
tijdens explosie door invang van neutronen
• Alle zwaardere elementen zijn ooit gevormd in sterren
• Wij bestaan uit sterrenstof!
Supernova 1054
SN 1987A
2010
Neutronenster
• Bol neutronen met een doorsnede van ca. 20
km en een massa van 1 à 2 zonsmassa’s
• Bijeengehouden door kernkrachten: feitelijk
één reusachtige atoomkern
• Wordt de ster te zwaar, dan kunnen ook de
kernkrachten de zwaartekracht niet
weerstaan (vgl. Chandrasekhar bij witte
dwergen)
Pulsars
• PSR B0329+54
0.714519 s = 1,4 x per seconde
• Vela Pulsar
89 ms = 11 x per seconde
• Krab Pulsar
30 x per seconde
• PSR J0437-4715
174 x per seconde
Pulsars
• PSR B0329+54
0.714519 s = 1,4 x per seconde
• Vela Pulsar
89 ms = 11 x per seconde
• Krab Pulsar
30 x per seconde
• PSR J0437-4715
174 x per seconde
Pulsars
• PSR B0329+54
0.714519 s = 1,4 x per seconde
• Vela Pulsar
89 ms = 11 x per seconde
• Krab Pulsar
30 x per seconde
• PSR J0437-4715
174 x per seconde
Pulsars
• PSR B0329+54
0.714519 s = 1,4 x per seconde
• Vela Pulsar
89 ms = 11 x per seconde
• Krab Pulsar
30 x per seconde
• PSR J0437-4715
174 x per seconde
Pulsars
• PSR B0329+54
0.714519 s = 1,4 x per seconde
• Vela Pulsar
89 ms = 11 x per seconde
• Krab Pulsar
30 x per seconde
• PSR J0437-4715
174 x per seconde
Zwart gat (stellair)
• Ontstaat vermoedelijk als ster te zwaar is om als
neutronenster te eindigen
• Zwaartekracht balt materie samen tot ‘singulariteit’:
punt met oneindig hoge dichtheid
• ZG wordt ‘begrensd’ door waarnemingshorizon: kom je
binnen die horizon, dan is er geen ontsnapping meer
mogelijk
• Ook licht kan er niet uit, vandaar de naam
Cygnus-X1
XTEJ1118+480
Vragen?
• Stel ze nu... of
• Mail uw vragen naar [email protected],
o.v.v. Sonnenborghcursus.
Uw vragen komen dan terug in de laatste les:
“Kosmische raadselen”.
Vragen mogen over alle onderwerpen gaan,
dus niet alleen over sterren.
Bekijk deze presentatie nogmaals via:
www.sonnenborgh.nl/cursus