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1 Kosmische Strahlung in unserer Galaxie Das Interstellare Medium Gas Staub Sternentstehung und -entwicklung Interstellares Photonenfeld Wechselwirkung.

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Präsentation zum Thema: "1 Kosmische Strahlung in unserer Galaxie Das Interstellare Medium Gas Staub Sternentstehung und -entwicklung Interstellares Photonenfeld Wechselwirkung."—  Präsentation transkript:

1 1 Kosmische Strahlung in unserer Galaxie Das Interstellare Medium Gas Staub Sternentstehung und -entwicklung Interstellares Photonenfeld Wechselwirkung von kosmischer Strahlung Photonen geladene Komponente

2 2 Interstellares Medium

3 3 Komponenten des Interstellaren Mediums Gas (direkt und indirekt) Proton-Proton (Kern) WW Ionisation Anregung von Gasatomen Fragmentation von schweren Kernen CoulombWW mit ionisiertem Gas Absorption von ionisierenden Photonen Photonenemission (s.u.) Staub (indirekt) Rötung von Sternenlicht Verdeckt Sterne im optischen Photonenemission (s.u.) Photonenfelder (direkt) Photon-Proton (Kern) WW Photon-Photon Paarerzeugung Sternen (optischen und nah Infraroten ~0.1-1 m) Staub (nah und fernes Infrarot (~1-100 m) Gas (Linien und kont. Emission UV bis Infrarot) Synchrotronemission von rel. Elektronen (Radiobereich) Magnetfelder (direkt) Synchrotronverluste Ablenkung Diffusion Abhängig vom Weg des Teilchens !

4 4 Interstellares Gas - Überblick Longair Table 17.1

5 5 Verteilung in der Milchstrasse Longair Abb.17.2

6 6 Komplexes Wechselspiel

7 7 Emission unserer Galaxie Sterne Sterne + Staub Staub Rel. Elektronen Neutrales Gas Molekülwolken Heisses Gas (siehe nächste Woche)

8 8 Interstellares Photonenfeld Sternen (im Optischen und nahen Infrarot ~0.1-1mm) Staub (nah und fernes Infrarot (~1-100mm) Gas (Linien und kont. Emission UV bis Infrarot) Synchrotronemission rel. Elektronen (Radiobereich) Offener Sternhaufen, Pleiaden

9 9 Annahmen Energiebereich: UV bis fernen Infrarot Ohne Kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung Energie stammt aus Sternen durch Kernfusion Photonen werden durch Staub und Gas gestreut, absorbiert und emittiert Betrachtung von Kontinuumsemission, keine Linien

10 10 Vorgehen Beschreibung von Sternen Sternentstehung Sternentwicklung Absorption durch Gas und Staub Reemission durch Gas und Staub Abhängig vom Ort in der Milchstrasse

11 11 Physikalische Größen Gesamtleuchtkraft Spektrale Energieverteilung Variabilität ? Abstand zum Beobachtungsort M, R,, T, M (L), m,… Alter des Sterns (Entwicklung) Protostern (Jets, Scheibe, Staubtorus) Hauptreihenstern Riesenstern Stern am Ende seiner Entwicklung Ort des Sterns Scheibe, Halo, … Haufen Art des Sterns Einzelstern, Binärsystem

12 12 Spektralklassen Licht aus Photosphäre durchdringt dünnere Atmosphärenschichten des Sterns Elemente absorbieren charakteristische Wellenlängen Bei Rekombination ändert sich Richtung und Wellenlänge des emittierten Lichts Aufschluss über chemische Zusammensetzung und Temperatur der Sternatmosphäre

13 13 Spektralklassen KlasseOBAFGKM Farbeblaublau-weißweißweiß-gelbgelborangerot-orange Temperatur (K) Leuchtkraft L* ,20,01 Durchmesser d*1051,71,310,80,3 Masse m*501021,510,70,2 Lebensdauer (a) · · BeispielAlnilamRigelSiriusProcyonSonneAldebaranBeteigeuze Charakteristische Absorptionslinien He IIHe IMG IIBalmer (H I)H I, Ca IICa IICa I

14 14 Spektralklassen

15 15 Merken ! Massereiche (M > 10 M sun ) Sterne (O, B) Kurze Lebensdauer (<10 8 a) Emission im UV (T > 10 4 K) Hohe Gesamtleuchtkraft auf kurze Zeit Massearme (M < 1 M sun ) Sterne (Sonne) Lange Lebensdauer (>10 10 a) Emission im Optischen/NIR (T < 10 3 K) Niedrige Gesamtleuchtkraft auf lange Zeit

16 16 Anfangsmassenverteilung (IMF) Salpeter IMF (m) dm ~ m -a, a=2.35

17 17 Sternentstehung

18 18 Große Molekulare Wolken M sun Individuelle Klumpen M sun Radien von 2-5 pc n H = 3x10 8 m -3 Klumpen haben Kerne 1 M sun 0.1pc n H =10 10 m -3 Noch dichtere Klumpen M sun Radien von pc n H =10 9 m -3 Kerne m -3 (Blitz & Thadeus 1980 ApJ, 241, 676) Molekulare Wolke bei 2.6 mm J=1 0 Übergang von CO

19 19 Probleme beim Kollaps Energie-problem: Kollaps braucht instabilen Zustand Heiz-problem: Temperatur erhöht sich bei Kollaps Drehimpuls-problem: Drehimpulserhöhung bei kleiner werdenden Radii Drehimpulserhaltung Magnetfeld-problem: Feldstärke des Magnetfeldes in der molekulare Wolke erhöht sich Kollaps von H 2 -Gasdichten n H = 10 9 m -3 zu Dichte in einem Stern n star = m -3

20 20 Jeans Kriterium Virial Theorem: E kin = -½ E pot Späherische GMW Masse M, Temperatur T, Radius R, Dichte, Molekular-Gewicht Jeans Masse Jeans Länge

21 21 Freie Fall Zeit Berechne mit typischen Werten für HI Wolken und Molekularen Wolken zum Vergleich

22 22 Verlauf des Kollaps Wolkenradius R ist Lösung von

23 23 Massenverteilung

24 24 Ende des Kollaps: M j min Energie E th muss in der Zeit t ff abgestrahlt werden, um aufheizen zu verhindern E th = - ½ E pot Energie wird max. als Schwarzkörper abgestrahlt

25 25 Ende des Kollaps: M j min Dies kann (numerisch ) gelöst werden. Daraus ergibt sich T=20K, =2: M J min =5x /2 M sun

26 26 Sternentstehung

27 27 Protosterne HH30 HH47

28 28 Vorhauptreihenentwicklung

29 29 Sternentwicklung Hauptreihe Wasserstoffbrennen Zeit auf der Hauptreihe t MS ~M 1- Leuchtkraft L~M

30 30 Entwicklung einer einfachen Sternpopulation Kneiske et al. (2002)

31 31 Sternbildungsrate SpTSFRTimescale BurstSingle Burst-- EExponential 1 Gyr S0Exponential 2 Gyr SaExponential 3 Gyr SbExponential 5 Gyr ScExponential 15 Gyr SdExponential 30 Gyr ImConstant--

32 32 Sternpopulationen - Metallhäufigkeit Population I Metallreiche Sterne, Sonne, Scheibe, Spiralarme, Z s =0.02 jüngste Population Population II Metallarme Sterne, Halo, Z=10 -4 Z s alte Sternenpopulation Population III Allerersten Sterne mit primordialer Zusammensetzung

33 33 Metallizität

34 34 Staubmodell Extinktionskurve E(B-V) Reemission als Schwarzkörper

35 35 Koordinatensystem

36 36 Staub und Gas Verteilung

37 37 Verteilung in der Galaxie

38 38 Lokales Photonenfeld

39 39 Änderung entlang der galaktischen Ebene

40 40 Zusammenfassung Verteilung von Gas Verteilung von Staub Interstellares Photonenfeld in unserer Galaxie Wechselwirkung von geladener kosmischer Strahlung Wechselwirkung von Gammaphotonen


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