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Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne 1 Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne.

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Präsentation zum Thema: "Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne 1 Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne."—  Präsentation transkript:

1 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne 1 Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne

2 2 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Beobachtete Eigenschaften von Sternen Was können wir direkt messen scheinbare Helligkeit in wenigen Ausnahmen: Winkeldurchmesser ( Doppelsterne) Abstand (schwierig) Farbe (über Filter) Spektrum

3 3 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Scheinbare Helligkeit m Helligkeit eines Sterns Fluß F einer Quelle der Leuchtkraft L im Abstand d Da L und d erst einmal unbekannt, betrachte relativen Helligkeitsunterschied zwischen zwei Quellen Nullpunkt durch Vega definiert, d.h. Vega hat scheinbare Helligkeit m=0 abhängig von verwendeten Filter nach Korrektur: bolometrische Helligkeit

4 4 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Abstand via Parallaxen Wichtigste direkte Methode zur Entfernungsbestimmung Abgeleitete Größe: 1 parsec Abstand bei dem 1AU unter dem Winkel von 1 erscheint 1 pc = x cm diverse indirekte Methoden (siehe später)

5 5 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Zustandsgrößen Was können wir daraus ableiten: scheinbare Helligkeit + Abstand absolute Helligkeit Leuchtkraft Winkeldurchmesser + Abstand Radius Farbe oder Spektrum Temperatur Leuchtkraft und Temperatur Radius (über Stefan- Boltzmannsches Strahlungsgesetz) Spektrum Elementhäufigkeiten (verlangt detailliertes modellieren) Umlaufzeiten/Bahndurchmesser in Doppel- sternsystemen Masse (via Kepler III)

6 6 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Absolute Helligkeit M Scheinbare Helligkeit eines Sterns im Einheitsabstand von 10 pc Mit m Wega =0, d Wega =8.0pc und L Wega =49.5L m-M: Entfernungsmodul M bekannt Leuchtkraft L

7 7 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Schwarzkörperstrahlung Wellenlängenverteilung Ableitung Wellenlänge des Maximums (Wiensches Ver- schiebungsgesetz) Wellenlänge Fläche Raumwinkel

8 8 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Schwarzkörperstrahlung Gesamte bei allen Wellenlängen in alle Raumwinkel abgestrahlte Energie pro Fläche und Zeit: integriere B (T) über und Leuchtkraft eines sphärisch symmetrischen Sterns: integriere über Sternoberfläche

9 9 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Farbe und Temperatur Bemerkung: für jede Wellenlänge gilt

10 10 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Farben als Thermometer

11 11 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Spektren Sternatmosphäre: Temperaturschichtung Dichteschichtung äußere Gebiete optisch dünn leuchtende Oberfläche Übergang von optisch dünn zu optisch dicht Atomare Übergänge Hohe optische Dichte in der Umgebung atomarer Übergänge zu höheren Energien, während optische Dichte noch gering im Kontinuum (Details: später) Besetzungszahl eines Übergangs ist temperaturabhängig Kühleres Gas in oberen Atmosphärenschichten Absorptionslinien Absorptionslinienspektrum in Abhängigkeit von der Temperatur

12 12 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Spektralklassen

13 13 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Spektralklassen Änderung in der Stärke der Absorptionslinien mit Temperatur Balmer Linien CaII H und K TiO Molekül-Bande

14 14 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Besetzungszahl als Funktion der Temperatur

15 15 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Spektralklassen Harvard Klassifikation (Annie Cannon) OhOh BeBe A Fine Girl Kiss MeMe Smack !! Now Right

16 16 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Das Hertzsprung-Russel- Diagramm Beobachter x-Achse: Farbe y-Achse: absolute Helligkeit (von positiv nach negativ) Theoretiker x-Achse: log Temperatur (von rechts nach links) y-Achse: log Leuchtkraft wg Stefan-Boltzmann : Linien konstanten Radius sind Geraden

17 17 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Hertzsprung-Russel-Diagramm

18 18 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Hertzsprung-Russel-Diagramm Bei konstanter Temperatur (Farbe, Spektralklasse) haben hellere Sterne einen größeren Radius Radius variiert entlang der Hauptreihe nur wenig

19 19 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Leuchtkraftklassen I: Überriesen II: Helle Riesen III:Riesen IV: Unterriesen V: Zwerge (Hauptreihe) VI: Unterzwerge (VII: Weiße Zwerge)

20 20 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Leuchkraftklassen Sterne identischer Spektralklasse aber verschiedener Leuchtkraftklasse unterscheiden sich im Detail in ihren Spektren. Bei niedrigerem Druck in den oberen Atmosphärenschichten sind Absorptionslinien enger. Riesen haben so engere Absorptionslinien als Zwerge

21 21 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Spektroskopische Parallaxe Beobachtetes Spektrum Spektralklasse Linienbreite Leuchtkraftklasse absolute Leuchtkraft Vergleich mit scheinbarer Helligkeit Entfernung Spezialfall Sternhaufen alle Sterne haben dasselbe Alter alle Sterne haben dieselbe Metallizität alle Sterne haben dieselbe Entfernung main sequence fitting

22 22 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Hertzsprung-Russel-Diagramm m-M d

23 23 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Chemische Zusammensetzung Nur in der Sternatmosphäre beobachtbar Sterninneres im allgemeinen inhomogen (Kernfusion) bei den meisten Sternen in Sonnenumgebung: ähnlich der solaren Häufigkeit: 70% H, 28% He, 2% Metalle sogenannte Population I Chemischer Gradient in der Milchstraße Metallhäufigkeit (Metallizität) nimmt nach außen ab Kugelsternhaufen, galaktischer Halo Metalle bis zu 100 mal seltener (im Extremfall auch bis zu mal) sogenannte Population II

24 24 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Chemische Zusammensetzung Andere Galaxien zeigen unterschiedliche mittlere Häufigkeiten Milchstraße: solar Andromeda: solar Große Magellansche Wolke: 0.3 solar Kleine Magellansche Wolke: 0.1 solar Heliumhäufigkeit zeigt nur geringe Variation von Stern zu Stern (und Galaxie zu Galaxie)

25 25 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Rotation der Sterne Nachweis: Verbreiterung der Spektrallinie (Dopplereffekt) Beobachter misst v rot sin i Bahnneigung i im allgemeinen nicht bekannt Bahnebene v rot [km/s] Zum Vergleich die Sonne Abbremsung durch Magnetfelder?

26 26 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Massenbestimmung Aus detaillierter Spektralanalyse Druckskalenhöhe Oberflächenschwerkraft g ungenau Bei extremer Oberflächenschwerkraft (weiße Zwerge) Gravitationsrotverschiebung von Spektrallinien Primäre Methode: Doppelsterne

27 27 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Kapitel VI: Der Aufbau der Sterne Doppelsterne Etwa 50% (oder mehr) aller Sterne sind Doppelsterne Optische Doppelsterne Zwei Sterne zufällig entlang einer Sichtlinie Physische Doppelsterne Visuell: beide Komponenten getrennt sichtbar Astrometrisch: Bewegung um (unsichtbaren) Begleiter Spektroskopisch: periodische Rot-/Blauverschiebung von Spektrallinien Photometrisch: Bedeckungsveränderliche


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