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Das interstellare Medium ist der Stoff zwischen den Sternen Es besteht aus Gas, hauptsächlich Wasserstoff und Staub An einigen Stellen sind Gas und.

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Präsentation zum Thema: "Das interstellare Medium ist der Stoff zwischen den Sternen Es besteht aus Gas, hauptsächlich Wasserstoff und Staub An einigen Stellen sind Gas und."—  Präsentation transkript:

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4 Das interstellare Medium ist der Stoff zwischen den Sternen Es besteht aus Gas, hauptsächlich Wasserstoff und Staub An einigen Stellen sind Gas und Staub dichter vorhanden Molekulare Wolken sind -Dichte: Teile/cm 3 -Kalt (10-20 K) -H 2 -Moleküle, andere Moleküle (auch organische), Staub H I-Regionen (molekularer Wasserstoff) -Dichte: 1-10 Atome/cm 3 -Wärmer (125 K) -H-Atome H II-Regionen (ionisierter Wasserstoff) -Dichte: 10 Atome/cm 3 -Heiß ( K) -finden sich in der Nähe von heißen Sternen -entstehen aus sich erwärmenden molekularen Wolken

5 Wie sehen wir diese Wolken? Molekulare Wolken -Staub verdeckt Licht von Hintergrundsternen -Moleküle geben Radiostrahlung ab -CO emittiert stark und kann gut mit Radioteleskopen gesehen werden H I-Regionen -Können mit Radioteleskopen wahrgenommen werden (21cm Linie) H II-Regionen -H-Ionen senden Licht aus (rotes Licht) -Gestreutes Licht von Staubteilchen (blau)

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7 Die Sonne bewegt sich am Rande einer Lokalen Interstellaren Wolke (LIC) Diese Wolke,ausgehend von der Scorpius-Centaurus-Association (junge Sterne), befindet sich in der Local Bubble, ein Gebiet äußerst geringer Dichte. Die orangenen Gebiete sind Regionen mit Sternbildung (hohe Dichte). spin

8 Wahrscheinlich wird die Sonne innerhalb der nächsten Jahre die LIC verlassen

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10 Bei Erfüllung des Jeans-Kriteriums kollabiert die Wolke d.h. die Gravitationskräfte sind stärker als der Gasdruck und die Zentrifugalkräfte M: Masse der Wolke (minimal 100 Sonnenmassen) k: Boltzmannkonstante T: mittlere Temperatur der Wolke R: Radius der Wolke : Gravitationskonstante m: mittlere Masse eines Teilchens der Wolke : mittlere Dichte der Wolke

11 Sternentstehung und Entwicklung

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14 EGG: Evaporating Gaseous Globules

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18 Plejaden als Beispiel für einen Sternenhaufen

19 Hertzsprung-Russell-Diagramm (HRD)

20 Masse-Leuchtkraft_Beziehung: L ~ M 3,5

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22 Kern Sämtliche freiwerdende Energie stammt aus einer als Kern bezeichneten Zone im Innern der Sonne. Dieser Kern erstreckt sich vom Zentrum bis zu etwa einem Viertel des Radius der sichtbaren Sonnenoberfläche. Obwohl der Kern nur 1,6 % des Sonnenvolumens ausmacht, sind hier rund 50 % der Sonnenmasse konzentriert. Bei einer Temperatur von etwa 15,6 Millionen K liegt die Materie in Form eines Plasmas vor. Hauptsächlich durch die Proton-Proton-Reaktion und zu einem geringen Teil (1,6 %) durch den CNO-Zyklus verschmelzen Wasserstoffkerne zu Heliumkernen, wobei Gammastrahlung und Elektronenneutrinos ( ) erzeugt werden. Auf die Erde gelangen ca. 200 · 10 6 /cm 2 s

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25 Drei-Alpha-Prozess (Salpeter-Prozess) - Findet bei Temperaturen > 100 Millionen K statt - Frei werdene Energie: 7,4 MeV - 8 Be instabil (HWZ 2,6* s) die drei He-Kerne müssen quasi gleichzeitig zusammenstoßen

26 Energiegewinnung Die erzeugten Heliumkerne haben aufgrund der Bindungsenergie eine geringfügig geringere Masse als die Summe der ursprünglichen Wasserstoffkerne (Massendefekt). Der Massenunterschied wird gemäß der Formel E = m · c 2 in Energie umgewandelt (pro Fusion von 4 Protonen zu 1 He-Kern 24 MeV). Im Kern der Sonne werden pro Sekunde 564 Millionen Tonnen Wasserstoff zu 560 Millionen Tonnen Helium fusioniert. Die 4 Millionen Tonnen Differenz pro Sekunde ergeben eine Gesamtleistung von etwa 3,7 · W, die im Kern freigesetzt wird und schließlich an der Oberfläche zum Großteil als Licht abgestrahlt wird. Ein Anteil von einigen Prozent der Energie wird durch die Neutrinos direkt aus dem Kern heraus transportiert.

27 Bindungsenergie=frei werdende Energiemenge, wenn sich Nukleonen zu einem Atomkern verbinden Bindung durch anziehende Kraft der starken Wechselwirkung zwischen den Nukleonen Schwächung durch Coulomb-Abstoßung der Protonen

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29 Daten der Sonne: - Masse: Erdmassen - 73% H, 25% He, 2% schwerere Elemente - Radius: km - Oberflächentemperatur 5700 K - Kerntemperatur 15,6 Millionen K - Kerndruck 300 Milliarden Bar - Wasserstoffverbrauch 564 Millionen t/Sekunde - Masseverlust 5 Millionen t/ Sekunde - Energie braucht Jahre, um vom Kern an die Oberfläche zu gelangen Die kleinste Masse eines sichtbaren Sternes ist 0,07 M 0. Die meisten Sterne haben 0,3 - 3 M 0

30 Sonnenflecken: - Wärmetransport an die Oberfläche ist gestört - niedrigere Temperatur (ca. 4500K) - Ursache: Magnetfelder

31 Konvektion

32 Protuberanzen

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35 Magnetic Reconnection

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37 Sonnenwind

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40 Lebenszeit von Sternen Sonne

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46 Ende des Sterns: - Rest-Sternmasse < 1,4 Sonnenmassen Weißer Zwerg - Rest-Sternmasse > 1,4 Sonnenmassen aber < 3,2 Sonnenmassen Neutronenstern - Rest-Sternmasse > 3,2 Sonnenmassen Schwarzes Loch

47 Weißer Zwerg: Restmasse des Sterns < 1,4 M O -Entartete Materie: Atomhüllen ineinander gedrückt; lässt sich nicht mehr als Elektronengas beschreiben -Oberflächentemperatur K am Anfang -Strahlt überwiegend im Röntgenbereich -Leuchtkraft geht später mit der 4. Potenz von T zurück (Stefan-Boltzmann-Gesetz P = A T 4 )

48 Sirius A+B

49 Weißer Zwerg + Planetarischer Nebel

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51 BrennmaterialTemperatur In Mill. K Brenndauer H4010 Mill. Jahre He1901 Mill. Jahre C Jahre Ne Jahre O21005 Jahre Si34001 Woche Fe10000Stunden

52 Supernova + Neutronenstern

53 Entstehung Neutronenstern: Fusionsprozesse kommen zum Erliegen Strahlungsdruck nimmt ab, Gravitation überwiegt Kollaps: Elekton+Proton Neutron Weiteres Schrumpfen des Kerns Neutronen bauen Entartungsdruck auf Kontraktion stoppt Gravitationsenergie (pot. E) setzt Neutrinos frei Kern emittiert Neutronenschauer Aufheizung der äußeren Schichten (Hüllenbrand) und Explosion (Supernova). Bildung schwererer Elemente als Eisen.

54 Neutronenstern: Restmasse des Sterns >1,4 M O aber < 3,2 M O -Durchmesser ca. 20km -Drehimpuls des ehemaligen Sterns bleibt erhalten => schnelle Rotation -Dichte ca. 2,5 Mrd t/cm³ -Starkes Magnetfeld (Flussdichte ca T, [Erde ca. 50µT]) -Fluchtgeschwindigkeit ca. 1/3 Lichtgeschwindigkeit

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58 Überreste einer Supernova

59 Doppelsternsystem mit Neutronenstern

60 Schwarzes Loch (1967, John A. Wheeler): -entsteht, wenn Restmasse des Sterns > 3,2 M 0 ist -durch Überschreiten der kritischen Dichte V=0, = -Entstehung einer Singularität -hat die physikalischen Eigenschaften Masse Drehimpuls Ladung -Unterscheidung in Stellare Schwarze Löcher (Cygnus X1) Mittelschwere Schwarze Löcher Massive Schwarze Löcher (Sagittarius A*; (3,7±0,4)Mill. M 0 ) Fluchtgeschwindigkeit > Lichtgeschwindigkeit

61 Schwarzschild-Radius oder Ereignishorizont

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63 Cygnus X-1 Schwarzes Loch mit mindestens 10 M 0 umkreist einen Stern mit 22 M 0 in 5,6 Tagen. Enfernung: ca LJ

64 Michstraßenzentrum

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