Kernkollaps-Supernovae

Präsentation zum Thema: "Kernkollaps-Supernovae"—  Präsentation transkript:

1 Kernkollaps-Supernovae
Seminar „Astro/Teilchenphysik“ Physikalisches Institut, Univ. Erlangen Kernkollaps-Supernovae Gehalten am von Sebastian Scholz

2 Was ist eine Supernova? 87A

3 98dh 1a

4 87A

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9 Klassifizierung nach Spektren

10 Klassifizierung nach Spektren
Ia: Si/kein H Ib: He/kein H, Si Ic: kein H, Si, He II: H

11 Klassifizierung durch Mechanismus
Ia : Thermonukleare Explosion eines weißen Zwerges (keine Überreste) Ib, Ic, II : Kernkollaps (Neutronenstern /schwarzes Loch)

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13 Eisenkern Es existieren drei Kräfte: Gravitationskraft (anziehend)
Kraft, die durch die Entartung des Elektronengases hervorgerufen wird / Elektronendruck (abstoßend) Thermische Bewegung (abstoßend)

14 Eisenkern Ab ca. 1,5 Mo wird die eigene Gravitation so hoch, dass der Kern sich von innen her zusammenzieht Dichte steigt Temperatur steigt

15 Eisenkern Temperatur steigt Eisen dissoziert
Weniger „Thermische“ Energie Druck sinkt Kern zieht sich schneller zusammen

16 Eisenkern Dichte steigt Elektronen werden von Kernen Eingefangen
Elektronendruck sinkt Kern zieht sich schneller zusammen

17 Eisenkern und der Elektroneneinfang geschieht durch freie Protonen:
Bei höheren Temperaturen und Dichten dissoziert auch das Helium: und der Elektroneneinfang geschieht durch freie Protonen:

18 Eisenkern Startpunkt: ρ~1013kg m-3 T~1010K
Ab ρ~1015kg m-3 setzt Neutrinotrapping ein Bei ρ~3x1017kg m-3 ist die Dichte eines Atomkerns erreicht; der Kern kann sich nicht mehr weiter zusammen ziehen

19 Was ist nun da? Kurze Bestandsaufnahme:
In der Mitte (Radius wenige 10 km): gefangene Neutrinos (durch Paarerzeugung/vernichtung und Elektroneneinfang entstanden; wechselwirken mit Materie) ein sehr dichtes, heißes Plasma ￫ entstehender Neutronenstern Eine starke Gravitationskraft Die einzelnen Schalen

20 Die Materie weiter außen prallt mit Überschallgeschwindigkeit auf den Kern,
der schwingt zurück, und es bildet sich eine Stoßfront

21 Stoßfront r Die Stoßfront propagiert durch den Stern nach außen
Währenddessen stürzt weiterhin Materie nach innen Energieabgabe an einfallende Materie ￫ Elemente werden aufgebrochen r

22 Stoßfront Dichte ist nun so gering, dass Neutrinos entweichen
￫ Neutrinoblitz (e- -Einfang)

23 Sterne mit 8-15Mo Der Stoß durchstößt die äußeren Schalen und zerreißt den Stern ￫ „Prompte Explosion“

24 Sterne über 15Mo Energieverlust so stark, dass Stoßfront nach 100 bis 300km zum stehen kommt

25 Kurze Energierechnung
Durch Gravitation freiwerdende Energie:

26 Kurze Energierechnung
Durch Dissoziation absorbierte Energie:

27 Kurze Energierechnung
Durch Strahlung abgegebene Energie:

28 Kurze Energierechnung
Erforderliche Energie, um die Schalen vom sich bildenden Neutronenstern zu lösen:

29 Kurze Energierechnung
Erforderliche kinetische Energie für die Schalen:

30 Kurze Energierechnung
Gravitation: J Dissoziation: J Strahlung: J Bindungsenergie: J Kinetische Energie: J Fehlbetrag: 2,5.1046J

31 Genauere Rechnungen zeigen:
Fast 99% der freiwerdenden Energie steckt in Neutrinos

32 Sterne über 15Mo Neutrinos wechselwirken mit der Materie:
￫ Energieübertrag Wirkungsquerschnitt ist zwar klein, aber so viele Neutrinos, dass es reicht den Stoß wiederzubeleben

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37 Explosion setzt sich fort

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46 Mechanismus des Kernkollapses (Typ II)
Eisenkern Druck sinkt (e- - Einfang, Dissoziation) Atomkerndichte Überschallschneller Einfall Entstehung einer Schockfront Schockfront durchstößt die Sternenhülle ￫ „Prompte Explosion“ Schockfront bleibt stehen Schockfront wird durch Neutrinos und Konvektion wiederbelebt ￫ „Verzögerte Explosion“

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49 Verlauf des Spektrums 56Nickel zerfällt nach 6 Tagen in Cobalt
56Cobalt hat eine Halbwertszeit von 77 Tagen

50 Verlauf des Spektrums

51 Abweichungen vom Typ II
Ib : Vorläuferstern hat vor der Supernova Wasserstoffhülle komplett abgestoßen (möglich bei massereichen Sternen) Ic : Vorläuferstern hat vor der Supernova Wasserstoff- und Heliumhülle komplett abgestoßen (möglich bei sehr massereichen Sternen)

52 Gamma Ray Burst Kurze (0,1-100s) Ausbrüche von Gammastrahlung
Dabei wird insgesamt mehr als 1045Joules freigesetzt; 1000 Sonnen würden soviel in ihrer ganzen Existenz abstrahlen

53 Entstehen im ganzen Universum
Gamma Ray Burst Entstehen im ganzen Universum

54 Gamma Ray Burst Aufteilung: „Short and hard“ (t<2s)
Entstehen in binären Systemen „Long and soft“ (t>2s) Entstehen durch Supernovae

55 Long and soft Während einer Supernova wird ein Teil der Materie mit fast Lichtgeschwindigkeit in einem Jet ausgeworfen Diese wird durch interstellares Medium abgebremst ￫Bremsstrahlung

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57 Beweis: GRB /SN 2003dh

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