Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Entwicklung enger Doppelsterne. Inhalt Einleitung Einige theoretische Bemerkungen Entwicklung enger Doppelsterne 1 ) Entwicklung der Primärkomponente.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Entwicklung enger Doppelsterne. Inhalt Einleitung Einige theoretische Bemerkungen Entwicklung enger Doppelsterne 1 ) Entwicklung der Primärkomponente."—  Präsentation transkript:

1 Entwicklung enger Doppelsterne

2 Inhalt Einleitung Einige theoretische Bemerkungen Entwicklung enger Doppelsterne 1 ) Entwicklung der Primärkomponente 2) Entwicklung der Sekundärkomponente

3 Einleitung What is their frequency? It turns out that most stars are mutiple! 48 % of stars are single. 36 % of stars are binary. 12 % of stars are triple. 4 % of stars are in quadruple systems. This has important implications for theories of star formation. Mehr als die Hälfte aller Sterne sind in Mehrfachsystemen und Doppelsternen eingebunden - die um ihren gemeinsamen Schwerpunkt kreisen.

4 Einleitung Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics Press Release Release No.: For Release: Monday, January 30, 2006 Note to editors: An image to accompany this release is online at Most Milky Way Stars Are Single Cambridge, MA - Common wisdom among astronomers holds that most star systems in the Milky Way are multiple, consisting of two or more stars in orbit around each other. Common wisdom is wrong. A new study by Charles Lada of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) demonstrates that most star systems are made up of single stars. Since planets probably are easier to form around single stars, planets also may be more common than previously suspected.

5 Einleitung In engen Doppelsternen: Auftreten starker wechselseitiger Gezeitenkräfte Bestrebung: Synchronisierung der Rotationsperiode & Bahnumlauf Direkte physikalische Wechselwirkung: - Gemeinsame Gashüllen - Gasstrom von einer Komponente zur anderen - Gasstrom nicht direkt auf 2. Komponente – bildet, wegen Drehimpulserhaltung, rotierende Akkretionscheibe

6 Einleitung Modellvorstellung

7 Einleitung Ursache für den Massenaustausch Veränderung der Sternradien, vorallem im Nachhauptreihenstadium Definition: in allen Doppelsternsystemen unabhängig davon, ob sich eventuell im Laufe der späteren Entwicklung das Massenverhältnis umdreht Massereichere HR-Komponente = Primärkomponente Masseärmere HR-Komponente = Sekundärkomponente

8 Einige theoretische Gedanken Betrachtung: Äquipotentialfläche eines Doppelsystems, dessen Komponenten anfangs noch getrennt sind: Dann haben wir im Punkt P ein Graviationspotential Φ G Φ G = -G { + } M 1 M 2 r 1 r 2 r1r1 r2r2 M 1 M 2 P

9 Rotation des Systems mit Winkelgeschwindigkeit ω die Zentrifugalkraft zω 2 kann durch ein zusätzliches Potential Φ z dargestellt werden: z = Abstand von der Drehachse Φ z = Dreh- achse z Einige theoretische Gedanken ­ z 2 · ω 2 2 ω

10 Auf einer nun resultierenden Potentialfläche Φ = Φ z + Φ G = + kann ein Probekörper ohne Arbeitsaufwand bewegt werden. -G { + } M 1 M 2 r 1 r 2 ­ z 2 · ω 2 2 (z.B: Meeresoberfläche) Einige theoretische Gedanken

11 Von innen nach außen: Sind in Doppelsternsystemen beide Komponenten zunächst von ihren eigenen geschlossenen Äquipotentialflächen umgeben bis zu einer gemeinsamen Fläche : = Rochefläche o. Rochesche Grenzfläche Weiter außen: alle Flächen umhüllen beide Massen gemeinsam [1848: französische Mathematiker Edouard Roche ( ) erkannte den Zusammenhang bei der Berechnung der Entfernung, bei der ein Satellit (z.B. Mond) durch die Gezeitenkräfte seines Zentralgestirns zerrissen wird. ] Einige theoretische Gedanken

12 Von innen nach außen: Sind in Doppelsternsystemen beide Komponenten zunächst von ihren eigenen geschlossenen Äquipotentialflächen umgeben bis zu einer gemeinsamen Fläche : = Rochefläche o. Rochesche Grenzfläche Weiter außen: alle Flächen umhüllen beide Massen gemeinsam [1848: französische Mathematiker Edouard Roche ( ) erkannte den Zusammenhang bei der Berechnung der Entfernung, bei der ein Satellit (z.B. Mond) durch die Gezeitenkräfte seines Zentralgestirns zerrissen wird. ] Einige theoretische Gedanken M 1 M 2 Schwer- punkt

13 Von innen nach außen: Sind in Doppelsternsystemen beide Komponenten zunächst von ihren eigenen geschlossenen Äquipotentialflächen umgeben bis zu einer gemeinsamen Fläche : = Rochefläche o. Rochesche Grenzfläche Weiter außen: alle Flächen umhüllen beide Massen gemeinsam [1848: französische Mathematiker Edouard Roche ( ) erkannte den Zusammenhang bei der Berechnung der Entfernung, bei der ein Satellit (z.B. Mond) durch die Gezeitenkräfte seines Zentralgestirns zerrissen wird. ] Einige theoretische Gedanken

14 Von innen nach außen: Sind in Doppelsternsystemen beide Komonenten zunächst von ihren eigenen geschlossenen Äquipotrentialflächen umgeben bis man zu einer gemeinsamen Fläche kommt: = Rochefläche o. Rochesche Grenzfläche Rochesches Volumen Einige theoretische Gedanken

15 Unterscheidung von Kontaktsysteme … entsprechend der räumlichen Ausfüllung des Rocheschen Volumens Einige theoretische Gedanken Halbgetrenntes System Getrenntes System

16 aufbauend auf Ergebnissen für Einzelsterne Was im Einzelnen geschieht = f (anfängliche Sternmassen, Abstand, Massen- & Drehimpulsverlust) daraus resultiert große Vielfalt möglicher Doppelsternkonfigurationen (erklärt mit den Zoo von Veränderlichen) Grundzüge der Entwicklung

17 entwickelt sich massenreichere Primärkomponente als erste zu einem Roten Riesen Vergrößerung von R wächst R über Rochesche Fläche hinaus Materiefluß durch den inneren Lagrangepunkt L 1 auf Komponente 2 so entsteht ein System, bei dem die weiterentwickelte Komponente die kleinere Masse hat fällt aus Masse-Leuchtkraft-Beziehung heraus Grundzüge der Entwicklung Annahme: Massen M 1 & M 2 beider Komponenten seien nicht identisch (meistens) Dann:

18 Grundzüge der Entwicklung Änderung des Abstandes beider Komponenten als Folge des Massenaustausches: für den Fall: M 1 + M 2 = const. & der gesamte Bahndrehimpuls L bleibt erhalten L = a 2 M 1 ω + a 2 M 2 ω = const. ω = Kreisfrequenz des Bahnumlaufes = a i = Abstand der i –ten Komponente vom Schwerpunkt 2π P = Bahnperiode 1 2

19 Grundzüge der Entwicklung nun Einsetzen in L = … : Schwerpunktsatz M 1 a 1 = M 2 a 2 & 3. Keplersche Gesetz ω 2 a 3 = G (M 1 + M 2 ) Ergebnis: Abstand a ist proportioanl zu folgender Funktion des Massenverhältnisses a beide Sterne befinden sich im minimalen Abstand, wenn q = 1, d.h. M 1 = M 2 Radius der beiden Rocheflächen hängt - zum einen von q ab, - zum anderen ist er direkt propotional zum Abstand a q = M 1 / M 2 (1 + q) 4 q 2

20 Grundzüge der Entwicklung Für die meisten Systeme beginnt starke Wechselwirkung erst, wenn eine Komponente sich von der Hauptreihe wegentwickelt Ausnahme: W UMa-Sterne … sind so eng, dass sich ihre Roche-Flächen bereits im Hauptreihenstadium berühren

21 W Ursae Majoris Sternsysteme Das W UMa Sternsystem - gibt der Klasse der Kontaktsysteme innerhalb der Bedeckungs- veränderlichen seinen Namen - zwei sich berührende, sonnenähnliche Sterne (0.8 bzw M ) - mit gemeinsamer äußerer Gashülle - umkreisen sich dreimal am Tag

22 Grundzüge der Entwicklung Wechselwirkung von engen Doppelsternen, wenn eine Komponente sich von HR wegentwickelt: bereits bevor Stern 1 seine Roche-Fläche ausfüllt: - Aufheizung des kühleren HR-Begleiters, - Inititieren von Oberflächenaktivität (mögliche Ursache für starke Röntgen- & Radioemissionen der RS CVn Veränderlichen (= RS Canum Venaticorum ) erreicht Stern 1 seine Roche-Fläche: - erst Phase mit großen Massenstrom durch L 1 in relativ kurzer Zeit ( t HK ) bis M 1 M 2 - dann: Phase mit Phase mit langsameren Gasstrom ( t n )

23 Grundzüge der Entwicklung Wechselwirkung von engen Doppelsternen, wenn eine Komponente sich von HR wegentwickelt: bereits bevor Stern 1 seine Roche-Fläche ausfüllt: - Aufheizung des kühleren HR-Begleiters, - Inititieren von Oberflächenaktivität (mögliche Ursache für starke Röntgen- & Radioemissionen der RS CVn Veränderlichen) erreicht Stern 1 seine Roche-Fläche: - erst Phase mit großen Massenstrom durch L 1 in relativ kurzer Zeit ( t HK ) bis M 1 M 2 - dann: Phase mit Phase mit langsameren Gasstrom ( t n ) Aus Niel Brandt Astronomievorlesung Pennsylvania State University

24 Grundzüge der Entwicklung Wechselwirkung von engen Doppelsternen, wenn eine Komponente sich von HR wegentwickelt: erreicht Stern 1 seine Roche-Fläche: 1) erst: Phase mit großen Massenstrom durch L 1 in relativ kurzer Zeit ( t HK ) bis M 1 M 2 2) folgend: Phase mit Phase mit langsameren Gasstrom ( t n ) M

25 Grundzüge der Entwicklung β Lyrae in der ersten Phase Vergleich mit Beobachtungen von Bedeckungsveränderlichen

26 Grundzüge der Entwicklung Vergleich mit Beobachtungen von Bedeckungsveränderlichen β Lyrae in der ersten Phase Algol (β Persei) in der zweiten Phase John M. Blondin, Marcedes T. Richards, Michael L. Malinowski (North Carolina State University) Mass transfer in binaries

27 Grundzüge der Entwicklung Vergleich mit Beobachtungen von Bedeckungsveränderlichen Beide Systeme: gemeinsame Gashülle das ist ein Hinweis: Stern 2 kann den Gasstrom nicht vollständig aufnehmen Verlust von M & Drehimpuls ! β Lyrae in der ersten Phase Algol (β Persei) in der zweiten Phase

28 Grundzüge der Entwicklung Weitere Entwicklung Roter Riese + HR-Stern: R 1 verkleinert sich durch Verlust der H-reichen Hülle oder/und Einsetzen des He-Brennens Stern 1 zieht sich von Roche-Grenze zurück Massenstrom versiegt alle Brennen im Stern 1 beendet Kontraktion zu WZ oder NS Ergebnis: relativ weites Doppelsternpaar mit einen HR-Stern als massenreichere Sekundärkomponente & WZ o. NS als Primärkomponente (wenn SN System nicht kaputt macht)

29 Grundzüge der Entwicklung Weitere Entwicklung Roter Riese + HR-Stern: R 1 verkleinert sich durch Verlust der H-reichen Hülle oder/und Einsetzen des He-Brennens Stern 1 zieht sich von Roche-Grenze zurück Massenstrom versiegt alle Brennen im Stern 1 beendet Kontraktion zu WZ oder NS Ergebnis: relativ weites Doppelsternpaar mit einen HR-Stern als massenreichere Sekundärkomponente & WZ o. NS als Primärkomponente (wenn SN System nicht kaputt macht) Zeitliche Entwicklung Rotations- achse q = M 1 /M 2 = 2 Beginn Masse- Verlust bei Stern 1 Entwicklungsequenz q = M 1 /M 2 = ½ Stern 1 Stern 2 Ende M bei q = 1/10, letzter Kontakt mit Rochefl. Kontraktion zu kompakten Stern 1) 2) 3) 4) 5)

30 Grundzüge der Entwicklung Auf dem Wege zu diesen Konfigurationen: Anomalien in den Elementhäufigkeiten an der Sternoberfläche Folge des H- & He-Brennens in Verbindung mit dem starken Massenausstausch: - OB Sterne mit CNO-Anomalien - Wolf-Rayet-Sterne - Bariumsterne

31 Grundzüge der Entwicklung da HR-Lebenszeit der Sterne = f (M ) Primärkomponente erreicht zuerst eine Endphase später: - Sekundärkomponente zum Roten Riesen, nun mit vertauschten Rollen - da kompakte Primärkomponente tiefes Gravitationspotential effektives Aufsammeln der überströmenden Materie - ist Stern 1 ein NS: verschiedene Erscheinungsformen der Röntgendoppelsterne hält Akkretion lang genug an Bildung SL

32 Grundzüge der Entwicklung Erscheinungsformen der Röntgendoppelsterne Ursache der Röntgenemission: Akkretion der überströmenden Materie auf einen Neutronenstern oder Schwarzen Loch (mit/ohne Scheibe) Röntgenleuchtkraft so hoch ( W) nicht vom WZ möglich Röntgenpulse kurzer Periode NS Energiequelle für Röntgenemission: freiwerdende potentielle Gravitationsenergie des akkretierenden Gases L x = M um L = W zu produzieren genügt geringer Gasstrom bei M Primär = 1 M & M = M /yr GM R Primärkomponente ist stets ein NS oder Schwarzes Loch !

33 Grundzüge der Entwicklung Erscheinungsformen der Röntgendoppelsterne Massereiche RDS: - Sekundärkomponente: junger OB-Stern mit M > 10 M - L x / L opt = …10 - NS hat starkes Magnetfeld Materiestrom auf die Pole Massearme RDS: - stark im weichen Röntgenbereich strahlend ( L x > W), nicht gepulsed - Teil: Röntgenburster zeigen unregelmäßige Ausbrüche - Objekte zum Milchstraßenzentrum hin konzentriert alte Objekte: Magnetfeld des NS weitgehend bereits zerfallen ( B = 10 4…6 T), wesentlich schwächer deshalb Gasstrom in Akkretionsscheibe

34 Grundzüge der Entwicklung da HR-Lebenszeit der Sterne = f (M ) Primärkomponente erreicht zuerst eine Endphase später: - Sekundärkomponente zum Roten Riesen, nun mit vertauschten Rollen - da kompakte Primärkomponente tiefes Gravitationspotential effektives Aufsammeln der überströmenden Materie - ist Stern 1 ein NS: verschiedene Erscheinungsformen der Röntgendoppelsterne hält Akkretion lang genug an Bildung SL

35 Cygnus X-1 Optisches Bild X-ray Exosat - Entdeckt: 1972, kanadischer Astronom: Tom Bolton - Cyg X-1 hat einen blauweißen Riesen (Spektraltyp O9.7) als Begleiter mit 18 M, R = 17R, mv = 8.84 mag, Umlaufzeit beträgt nur 5.6 d - physikalische Abstand des Doppelsterns nur 20 R ! - das kompakte Objekt (SL-Kandidat) hat eine Masse von etwa 5 bis 8 oder 16 Sonnenmassen.

36 Grundzüge der Entwicklung Objekt XTE J Cyg X-1 SS 433 Cyg X-3 GRS Liste heute bekannter stellarer SL-Kandidaten Entfernung 1.8 kpc 2.0 bis 2.5 kpc 3.0 kpc (NS o. SL) 10.0 kpc (NS o. SL) 12.5 kpc Wirt Begleitstern blauweißer Riesenstern Begleitstern Wolf-Rayet Stern Begleitstern

37 XTE J (Entdeckung 2001)

38 ein SXT (Soft X-ray Transient) = Quelle die übergehend sehr hell im Bereich der weichen Röntgenstrahlung leuchtet. Entdeckung: während einer Röntgendurch- musterung, März 2000, RXTE All-Sky Monitor sitzt im Galaktischen Halo (Ursa Major) Entfernung 1.8 kpc = nächst liegender SL Kandidat Binärsystem: SL M + Begleitstern M Quelle zeigt quasi-periodische Oszillationen im Bereich von wenigen Hertz, globalen, räumlichen Schwingungen in der Akkretionsscheibe Plasmaausströmungen

39 da HR-Lebenszeit der Sterne = f (M ) Primärkomponente erreicht zuerst eine Endphase später: - Sekundärkomponente zum Roten Riesen, nun mit vertauschten Rollen - da kompakte Primärkomponente tiefes Gravitationspotential effektives Aufsammeln der überströmenden Materie - ist Stern 1 ein NS: verschiedene Erscheinungsformen der Röntgendoppelsterne hält Akkretion lang genug an Bildung SL - ist Stern 2 ein WZ: Vielfalt kataklysmischer Veränderlicher Grundzüge der Entwicklung

40 enge halbgetrennte Systeme Primärkomponente: immer Weißer Zwerg Sekundärkomponente: massearmer Stern: HR-Stern, meistens Roter Riese Überströmen von Materie vom Sekundärstern auf die Primärkomponente um Primärstern: Akkretionsscheibe mit hot spot kurze Umlaufperioden: d Modellvorstellung: - kein vorhandenes Teleskop löst diese Systeme auf - passt aber gut zu beobachtbaren Spektren Kataklysmische Veränderliche CV = cataclysmic variables

41 Abstand a : a = 1.1 { } (M 1 + M 2 ) 1/3 R P orb = binary orbital period scheinbare Lücke in den Umlaufperioden zwischen 2-3 h (the so-called "period gap") Leuchtkraft (für alle kompakte Binärsysteme) dominiert durch Akkretion ! L = G M M WZ / R WZ ~ 2.2 ( M /10 –9 M yr –1 ) ( M WZ /M ) ( R WZ /10 4 km) –1 L max. Energieausstoß im UV - X-ray Untersuchung mit UV- & X-ray Satelliten With the nearest systems at distances of ~ 100 parsecs (320 light years) from Earth, the space density of CVs is moderately large (a few X 10–5 parsec–3) and the total number in the Galaxy is huge (~ 106). The orbital evolution of these binaries, and hence the mass-transfer rate (Mdot) from the secondary to the white dwarf is driven by magnetic braking of the secondary for long-period systems (Porb > 3 hr) and gravitational radiation for short-period systems (Porb < 3 hr). Kataklysmische Veränderliche CV cataclysmic variables P orb [h] 2/3 3 [h]

42 Unterscheidung: a) non-magnetic Weißer Zwerg ohne Magnetfeld besitzt eine Akkretionsscheibe b) magnetic (Polars) Weißer Zwerg mit Magnetfeld hat keine Akkretionsscheibe Kataklysmische Veränderliche CV cataclysmic variables

43 Unterscheidung: a) non-magnetic Weißer Zwerg ohne Magnetfeld besitzt eine Akkretionsscheibe b) magnetic (Polars) Weißer Zwerg mit Magnetfeld hat keine Akkretionsscheibe Kataklysmische Veränderliche CV cataclysmic variables Animation of a cataclysmic variable with a magnetic white dwarf (blue circle) accreting onto two poles via extended curtains. The colour coding represents the line-of-sight velocities of the specific parts in the accretion flow (J. Vogel).

44 Two Doppler maps of two CVs clearly showing an accretion disk (left) and a magnetic CV (right) dominated by strong emission from the ballistic stream. Schwarz, A.D. Schwope, A. Staude, R.A. Remillard, 2005, A&A 444, 213 Kataklysmische Veränderliche Vergleich der 2D-Geschwindigkeitskarten

45 Kataklysmische Veränderliche Magnetische CV -Sterne Künsterische Darstellungen

46 Kataklysmische Veränderliche Intermediate Polars

47 Kataklysmische Veränderliche Polars & Intermediate Polars Aus Niel Brandt Astronomievorlesung Pennsylvania State University

48 Zwei wichtige Strukturen T eff of the accretion disk ranges from ~ 5000 K at its outer edge to ~ few x 10 4 K at its inner edge Abstrahlung hauptsächlich optisch – FUV Grenzschicht Scheibe-WZ: kleine Ausmaße + große L T eff (Grenzschicht) » T eff (Scheibe) Non-magnetic cataclysmic variables Kataklysmische Veränderliche 1)Akkretionsscheibe, in der bereits die Hälfte von E pot der akkretierenden Materie aufgefangen wird & 2)Grenzschicht zwischewn Akkretionsscheibe und der Oberfläche des WZ, wo E kin in E th and E rad umgewandelt wird

49 Ist M hoch (M ~ M /yr): Grenzschicht ist optisch dick, T eff ~ 10 5 K (10 eV) System strahlt hauptsächlich im EUV & soft X-ray band Ist M niedrig (M ~ M /yr) Grenzschicht ist optisch dünn, T eff ~ 10 8 K (10 keV) System strahlt hauptsächlich im X-ray band high-velocity (v ~ 3000 km/s) outflows ("winds") mit (M ~ M /yr) Hinweis von: P Cygni profiles of their ultraviolet resonance lines Oberflächenwind der Akkretionsscheibe verursacht durch Strahlungsdruck und möglicherweise magnetische Kräfte Kataklysmische Veränderliche Non-magnetic cataclysmic variables

50 Kataklysmische Veränderliche Modell für einen non-mag. Kataklysmischen Veränderlichen Sichtbarkeit heißer Fleck Roter Riese verdeckt Scheibe Lichtkurve und ihre Merkmale

51 Grundzüge der Entwicklung Klassische Novae Kataklysmische Veränderliche = Vorläufersysteme von klassischen Novae nach einiger Zeit des Massenüberstroms von Sekundärkomponente auf WZ kommt es zum so genannten thermonuklearen Runaway, = explosives Wasserstoffbrennen auf der Oberfläche des weißen Zwerges Novae wiederkehrende Ereignisse mit Periodendauern zwischen Monaten und einigen Millionen Jahren (unregelmäßig) zwei Typen: = f (Masse des ursprünglichen Sterns, der sich zum weißen Zwerg entwickelte) a) M ursprünglich < 8 M : endet die Phase der nuklearen Energieerzeugung mit dem Heliumbrennen, b) M ursprünglich > 8 M : auch Kohlenstoffbrennen

52 Grundzüge der Entwicklung Nova-Ausbrüche Dauer: 10 …100 Tage Helligkeitsänderung: um bis zu fache L 1000 Tage nach Ausbruch: Nebel sichtbar HST image of Nova Cygni 1992: die abgestoßene äußere Hülle ist sichtbar V Hülle 1000 km/s Klassische Novae V4743 Sgr = Nova Sgr

53 Grundzüge der Entwicklung Zwergnova-Ausbrüche Dauer: 10 …1000 Tage Helligkeitsänderung: bis zu 100-fach unregelmäßige kurze Perioden: 4-10 Wochen - Novaausbrüche entstehen auf WZ - Zwergnovaausbrüche in/auf der Akkretionsscheibe Zwergnovae Fakt: Z Camelopardalis (Z Cam) is one of the brightest dwarf novae in the sky, and at a distance of 163 pc. It is also one of the closest. About every 20 days it brightens by up to a factor of 40 (to apparent visual magnitude ~ 10), returning to minimum a few days later. Ultraviolet GALEX image: Material ejected hundreds or thousands of years ago during the last nova eruption.

54 Grundzüge der Entwicklung Klassische Novae zwei Typen: = f (Masse des ursprünglichen Sterns, der sich zum weißen Zwerg entwickelte) a) M ursprünglich < 8 M : endet die Phase der nuklearen Energieerzeugung mit dem Heliumbrennen, b) M ursprünglich > 8 M : auch Kohlenstoffbrennen Pimär Primär resultierenden Novae unterscheiden sich durch: a) Verteilungen schwerer Elemente b) aufgrund der verschiedenen Massen der Primärkomponenten, durch die Periodendauer und »Heftigkeit« der Ausbrüche mit M WZ steigt auch T max verschiedene Elementproduktionsprozesse aktiv schwerer WZ benötigt weniger akkretierte Materie (und damit weniger Zeit) für Ausbruch massearmere Nova-Version: beobachteten Überhäufigkeiten O & C CO-Nova massereichere Version: Überproduktion von vor allem O, Ne, und Mg ONeMg-Novae

55 Grundzüge der Entwicklung Klassische Novae mit M WZ steigt auch T max verschiedene Elementproduktionsprozesse aktiv schwerer WZ benötigt weniger akkretierte Materie (und damit weniger Zeit) für Ausbruch masseärmere Nova-Version: beobachteten Überhäufigkeiten O & C CO-Nova massereichere Version: Überproduktion von vor allem O, Ne, und Mg ONeMg-Novae

56 Grundzüge der Entwicklung Klassische Novae beim thermonuklearen Runaway: T 10 8 K Nukleosynthese über CNO-Zyklen (massearm), sowie auch NeNa- und MgAl-Zyklus (massereicher) da nicht die gesamte akkretierte Schale brennt und eine Durchmischung innerhalb der Schale stattfindet, können in diesen Zyklen produzierte Elemente aus dem Kreislauf ausbrechen Elementeanreicherung Novae tragen so erheblich zum Vorkommen der Isotope 13 C, 15 O, 17 N im Universum bei Häufigkeit: 35 (klassische) Novae pro Jahr in Galaxis (große Häufigkeit der CV + kurze Zeitabstände) gesamter Materieausstoß in Galaxis: 3-10 M /yr

57 Grundzüge der Entwicklung Rekurrente Novae Leuchtkraft & Frequenz der Ausbrüche zwischen Zwerg- und klassischen Novae = wiederkehrende Novae inhomogene Gruppe: - ein Teil der Ausbrüche: thermonuklearer Runaway in der Akkretionsscheibe des WZs - einige Ereignisse erklärt durch: Instabilitäten in der Akkretionsscheibe oder plötzliche Schwankungen im Massentransfer in einem Binärsystem: Riese + HR-Stern = Bindeglied zwischen den klassischen (Runaway) und den Zwergnovae (Instabilitäten) Die Einstufung als RN (nach Webbink et al.): Es müssen zwei oder mehr Ausbrüche mit maximal erreichten absoluten Helligkeiten vergleichbar mit denen von klassischen Novae (M < –5,5M) beobachtet worden sein. Ausstoß einer diskreten Schale mit Expansionsgeschwindigkeiten v > 300 km/s.

58 Grundzüge der Entwicklung Rekurrente Novae Die Einstufung als rekurrente Nova (nach Webbink et al.): 1) Es müssen zwei oder mehr Ausbrüche mit maximal erreichten absoluten Helligkeiten vergleichbar mit denen von klassischen Novae (M V < –5.5 mag ) beobachtet worden sein 2) Ausstoß einer diskreten Schale mit Expansions- geschwindigkeiten v > 300 km/s Lichtkurve von SS Cyg Δ T = 50 Tage nach Beobachtungen von P.Enskonatus, A.Holbe, G.Krisch, M.Kuzmin, T.Lange, J.Neumann, D.Süßmann, F.Vohla

59 Grundzüge der Entwicklung Schließlich endet auch Entwicklung Sekundärkomponete 1) als WZ + Planetarischer Nebel 2) als NS oder 3) als SL entsprechend, der bereits vorhandenen Primärkomponente kann nun entstehen: Sekundärkomponente WZ: - ein relativ weites Paar von WZs - ein Paar aus WZ & NS (Primärkomponente o. SL) Sekundärkomponente NS + Supernova : explodiert Stern 2 als SN Zerstörung Bindung des Systems, jede Komponente fliegt als runaway-Stern mit 100 km/s davon Erklärung hoher Raumgeschwindigkeiten vieler Radiopulsare

60 Grundzüge der Entwicklung … hat hingegen Stern 2 hinreichend viel Masse verloren schwacher SN-Ausbruch Entstehung gebundenes NS-Paar Paare aus NS & SL oder SL & SL = schwer beobachtbar

61 Paar NS + NS PSR B entdeckt 1974 von Taylor and Hulse 1993 Nobel Prize in Physics Pulsar and NS PSR J entdeckt 2003 von einem an international team of scientists from the UK, Australia, Italy and the USA Pulsar + Pulsar = Testlabor für die Graviationstheorie

62 Doppelpulsare 23-millisecond pulsar PSR J A 2.8-second pulsar PSR J B Umlaufperiode: 2.4 h Genauester Test der Gravitationswellentheorie: der Durchmesser der Umlaufbahn veringert sich 7mm pro Tag ! Coalesce in about 85 million years PSR J A,B The supernova remnant G in which the double pulsar lies.

63 RX J Animation: Doppel Weißer Zwerg

64

65 Grundzüge der Entwicklung Die Röntgenquelle Cyg X1 beherbergt ein Schwarzes Loch von mindestens 16 M. Die Röntgenquelle LMC X3 in der Großen Magellanschen Wolke. Das kompakte Begleitobjekt dieses Systems hat mindestens 9 M und ist deshalb wahrscheinlich ein Schwarzes Loch. Sterne und Weltraum 36 [2/1997], S Bekannte Vertreter:

66

67 Grundzüge der Entwicklung Wechselwirkung von engen Doppelsternen, wenn eine Komponente sich von HR wegentwickelt: bereits bevor Stern 1 seine Roche-Fläche ausfüllt: - Aufheizung des kühleren HR-Begleiters, - Inititieren von Oberflächenaktivität (mögliche Ursache für starke Röntgen- & Radioemissionen der RS CVn Veränderlichen) erreicht Stern 1 seine Roche-Fläche: 1) erst: Phase mit großen Massenstrom durch L 1 in relativ kurzer Zeit ( t HK ) bis M 1 M 2 2) folgend: Phase mit Phase mit langsameren Gasstrom ( t n )

68 enge halbgetrennte Systeme Überströmen von Materie vom Sekundärstern auf die Primärkomponente um Primärstern: Akkretionsscheibe mit hot spot Modellvorstellung: - kein vorhandenes Teleskop löst diese Systeme auf - passt aber gut zu beobachtbaren Spektren Sekundärstern (HR-Stern o. Roter Riese) Heißer Fleck Gasstrom Primärstern (Weißer Zwerg) Kataklysmische Veränderliche

69 Grundzüge der Entwicklung Novae The white dwarf captures matter lost through the inner Lagrange point of the secondary. To conserve angular momentum, this material does not accrete directly onto the white dwarf, but forms an accretion disk around the compact star. As it losses angular momentum, the material in the disk slowly drifts inward and accretes onto the surface of the white dwarf. An envelope or "ocean" of hydrogen-rich material builds up on the white dwarf surface. The intense heat and pressure at the base of this envelope eventually leads to a thermonuclear explosion as hydrogen is burned to helium. The explosion blows off the outer layers of the envelope.

70 Grundzüge der Entwicklung Glosar RX J Animations

71


Herunterladen ppt "Entwicklung enger Doppelsterne. Inhalt Einleitung Einige theoretische Bemerkungen Entwicklung enger Doppelsterne 1 ) Entwicklung der Primärkomponente."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen