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Sternexplosionen und Pulsare Seminar: Plasma, Teilchen, Weltall Vortragender: Gordon Krenz.

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Präsentation zum Thema: "Sternexplosionen und Pulsare Seminar: Plasma, Teilchen, Weltall Vortragender: Gordon Krenz."—  Präsentation transkript:

1 Sternexplosionen und Pulsare Seminar: Plasma, Teilchen, Weltall Vortragender: Gordon Krenz

2 Gliederung I 1. Das Sterben der Sterne 1.1 Einführung 1.2 Sterngleichgewicht 1.3 Endzustände 1.31 Weißer Zwerg 1.32 Neutronenstern 1.33 Schwarzes Loch 1.4 Sternexplosionen 1.41 Nova 1.42 Supernova Typ I 1.43 Supernova Typ II 1.5 Elementensynthese

3 Gliederung II 2. Pulsare 2.1 Entdeckung 2.2 Phänomenologie 2.3 Aufbau eines Neutronensterns 2.4 Verteilung 2.5 Pulsar-Magnetosphäre 2.6 Alter von Pulsaren 3. Zusammenfassung

4 Das Sterben der Sterne

5 Masse: 1.99·10 30 kg Radius: 6.96·10 5 km Energieabstrahlung: 3.85·10 23 kW Kernreaktion : 400·10 6 Tonnen/s HHe 1% Wirkungsgrad Sonne wird pro Sekunde 4·10 6 Tonnen leichter

6 1.Blaue Überriese 2.Blaue Riesen Zentrum der Hauptreihe 5. Rote Zwerge 6.Weiße Zwerge 7.Rote Überriesen 8.Rote Riesen Ort der homogenen, stationären Gleichgewichtszustände im HRD. Sterne gleicher chemischer Zusammensetzung in der Phase des Wasserstoffbrennens

7 Gegenüber der Ursonne ist: R etwa um 5% L etwa um 40% T C etwa um15% Ρ etwa um 70% ε PP etwa um 15% angestiegen

8 Sterngleichgewicht nichtrelativistischer Grenzfall :Oppenheimer-Volkoff-Gleichung Gravitationsdruck einer Massenverteilung: normaler Stern

9

10 Weißer Zwerg Mittlerer Elektronenimpuls Energie eines Elektrons Kinetische Energie der N Elektronen Chandrasekhar-Grenzmasse Charakteristische Massendichte:

11 Neutronenstern Massendichte E kin >1.5 m e c 2 Inverser β - -Zerfall: p+e - n+ν e 1.5 M sonne M C 3M sonne

12 Schwarzes Loch No Hair-Theorem: bis auf die Größen M,L und Q ist Zustand unabhängig von der Vorgeschichte des Sterns Schwarzschildradius:

13 Nova Helligkeit steigt auf das fache Expansionsgeschwindigkeit v km/h Annahme: enges Doppelsternsystem mit einer heißen, blauen Komponente (Weißer Zwerg) und einer massenärmeren kühlen Komponente (Riese) Größere Komponente gibt Masse an die heiße Komponente ab - führt zum Anwachsen der Temperatur und Dichte ab einer kritischen Temperatur kommt es zur Explosion auf blauer Komponente abgestoßene Masse: (2...20)·10 -5 M Sonne Wiederholung:

14 Typ I Supernova Annahmen: akkretierender Weißer Zwerg in Doppelsternsystem, der über Chandrasekhargrenze anwächst Stern wird dabei vermutlich zerstört Andere Deutung: Zusammenstoß zweier Weißer Zwerge Helligkeitszunahme um fache Expansionsgeschwindigkeit v>10 4 km/s Abgestoßene Masse M Sonne Optische Ausbruchsenergie: M Sonne c 2 im Gegensatz zu Typ II Supernova enthält Spektrum keine Wasserstofflinien

15 WasserstoffbrennenDauer: 7·10 6 a T60·10 6 K HeliumbrennenDauer: 5·10 5 a T230·10 6 K ρ5 g cm -3 ρ7·10 2 g cm -3 KohlenstoffbrennenDauer: 6·10 2 a T930·10 6 K ρ2·10 5 g cm -3 NeonbrennenDauer: 1·10 0 a T1.7·10 9 K ρ4·10 6 g cm -3 SauerstoffbrennenDauer: 6 Monate T2.3·10 9 K ρ1·10 7 g cm -3 SiliziumbrennenDauer: 1 d T4.1·10 9 K ρ3·10 7 g cm -3 KernkollapsDauer: sek T8.1·10 9 K ρ3·10 9 g cm -3 KernrückprallDauer: msek T34.8·10 9 K ρ3·10 14 g cm -3

16 Typ II Supernova Kollaps innerhalb von 0.2 s Neutrinos sind signifikantes Signal für Gravitationskollaps 100-mal mehr Energie durch Neutrinos abgeführt als durch optische Strahlung Schockwelle erreicht Sternoberfläche innerhalb von 2 h Gashülle mit ·10 3 km/s abgesprengt Optische Ausbruchsenergie M Sonne c 2 Helligkeit steigt um das fache Abgestoßene Masse 1…10 M Sonne

17 Elementensynthese

18 Pulsare

19 Entdeckung von Pulsaren PSR T = 1.33 s Entdeckung durch Jocelyn Bell und ihrem Doktorvater Antony Hewish 1967 in Cambridge

20 Phänomenologie

21

22 Aufbau eines Neutronensterns Oberfläche aus metallischen Eisen; ρ=10 6 g cm -3 (Eisenkerne in einem Elektronensee) äußere Kruste; ρ=4.3·10 11 g cm -3 (neutronenreiche Atomkerne und Elektronen) innere Kruste; ρ=2·10 14 g cm -3 (neutronenreiche Atomkerne, Elektronen und Atomkerne) Neutronenflüssigkeit; ρ=10 15 g cm -3 (hauptsächlich Neutronen sowie einige Elektronen und supraleitende Protonen)

23 Andere Modellvorstellungen

24 Arten von Pulsare log( T / s ) number Normale Pulsare T > 20 ms B S10 8 T Millisekunden Pulsare 1 ms < T < 20 ms B S O(10 5 ) T Crab:T = 33 ms Vela: T = 89 ms

25 Pulsmuster einiger Pulsare

26 Pulsar-Magnetosphäre Lichtzylinder:

27 Rotator Modell Magnetische Abbremsung durch Abstrahlung von polarisierter Dipolstrahlung Pulsare als Magnetische Dipol- Antenne

28 Der Bremsparameter Magnetischer Bremsparameter vorhergesagt: Bremsparameter n messbar durch : Crab:n = ± PSR :n = 2.8 ± 0.2 PSR :n = 2.01 ± 0.02

29 Der Unipolare Induktor Oberflächenkraft –mal stärker als die Gravitation (Crab) Geladene Teilchen (Elektronen...) werden aus der Oberfläche herausgezogen und werden auf hohe Energien beschleunigt => Pulsar Wind kohärente Strahlungsemission aus e + e – -Kaskaden entlang des B-Feld an den Polen

30 Magnetisches Feld an der Oberfläche Crab Pulsar: R

31 Das Alter von Pulsaren 10 8 T 10 6 T 10 6 a a T (s) log 10 T ·

32 Beobachtung des Ausbruchs: 1054 => Eigenschaften: T = 33 ms Theorie: Pulsar im Crab-Nebel PSR B T = 33 ms

33 Zusammenfassung 3 Arten von gewaltigen Sternenexplosionen: Supernova Typ I und II sowie Nova Markieren entweder Ende eines Sternlebens oder sind Resultate von Wechselwirkung von Weißen Zwergen mit normalen Sternen in Doppelsternsystemen wichtig für die Synthese und Verteilung von Elemente Pulsare sind Neutronensterne, Endzustand eines Sternlebens Innerer Aufbau nicht ganz geklärt-größtensteils aus Neutronen aufgebaut Rotieren sehr schnell (T~O(10) ms); sehr starkes Magnetfeld (B~O(10 8 ) T) - Magnetfeldpole nicht immer identisch mit Rotationsachse Stark gerichtete Emission von Strahlung, vornehmlich im Radiowellenbereich Bedeutung: genaueste Uhren im All; Nachweis von Gravitationswellen


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