M1 – Supernova 1054

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DIE SUPERNOVA 1054 UND WAS VON
IHR ÜBRIG BLIEB
Wolfgang Krispler / Alexander Krombacher
Wals | 29.05.2015
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WAS EUCH HEUTE ERWARTET…
1.
Supernovae
2.
Neutronensterne
Pulsare
3.
Der Krebsnebel
4.
Untersuchungen
zum Krebsnebel
3
SUPERNOVAE
4
ES WAR EINMAL VOR LANGER ZEIT...
…in China am 4. Juli 1054
- 5 unabhängige Berichte fernöstlicher Astronomen über „Gaststern“
- „10 mal heller als die Venus“ (Mag -6) und 23 Tage am Taghimmel
sichtbar
- insgesamt 633 Tage mit dem blossen Auge beobachtbar
5
…ABER AUCH IN ANDEREN REGIONEN DER ERDE
-
-
Piktogramme der Anasazi- und der
Mimbres-Indianer deuten auf die
Supernova hin
Arabischer Raum „neuer Stern“ für das Jahr 446 des
arabischen Kalenders (12. April 1054 bis 1. April 1055)
Flandern (11. April 1054 als helle Scheibe am Nachmittag)
Irland (24. April 1054 als glühende Säule)
Rom (Ende April 1054 als heller Stern)
Armenien (14. Mai 1054 als Stern)
Italien (Ende Mai 1054 als sehr heller Stern, Datum
unsicher)
Konstantinopel (1055 als Stern)
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WAS IST EINE SUPERNOVA
Stella Nova
Eine Supernova (Plural Supernovæ,
eingedeutscht Supernovae oder Supernovä) ist das kurzzeitige,
helle Aufleuchten eines Sterns am Ende seiner Lebenszeit durch
eine Explosion, bei der der ursprüngliche Stern selbst vernichtet
wird.
Die Leuchtkraft des Sterns nimmt dabei millionen- bis
milliardenfach zu, er wird für kurze Zeit so hell wie eine
ganze Galaxie.
Der Begriff der Nova leitet sich ab von dem lateinischen
Ausdruck „stella nova“ (neuer Stern).
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BEDEUTENDE SUPERNOVAE
So hell wie eine ganze Galaxie
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HELLIGKEITSKURVE EINER SUPERNOVA
Lichtkurve von 1987A
•
•
•
•
Entdeckung: 24.2.1987
Entfernung: 150.000 Lichtjahre
Helligkeit: 3 mag
Typ 2P
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HELLIGKEITSKURVE EINER SUPERNOVA
Lichtkurve von SN2014J
•
•
•
•
Entdeckung: 21.1.2014
Entfernung: 11,5 Mio Lichtjahre
Helligkeit: 10,5 mag
Typ 1A
Bildrecht: Wendelsteinobservatorium – TU MUC
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SN2014 IN M82
Eine Supernova für Hobbyastronomen
M82 am 30.12.2013
M82 am 03.02.2014
Aufnahme: Alex Krombacher. Canon 600D ; 3200 ISO ; 200mm Canon Tele bei F5,6
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BEDEUTUNG VON SUPERNOVAE
Thermonukleare Supernovae als astronomische Glühbirnen
• Standardkerzen - Entfernungsmessung
• Gasmischer – Entstehung und Entwicklung von
Galaxien
• Verdichtung von interstellarem Gas - Neue Sterne
entstehen
• Geburtsort von Neutronensternen und schwarzen
Löchern
• Exotische Teilchen die im Labor nicht existieren
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WIE ENDEN STERNE?
Vorrangig abhängig von ihrer Masse....
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TYPEN VON SUPERNOVAE
Die Supernova von 1054 war vom Typ II
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ABLAUF EINER SUPERNOVA
Der Brennstoff ist aufgebraucht
• Der Stern im Gleichgewicht
• Das nukleare Feuer erlischt
• Druckreduktion durch
Neutrinoverluste
• Stellarer Kollaps (Implosion)
• Protoneutronenstern
• Stosswelle > Implosion kehrt
sich zur Explosion um
• Neutronenstern
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VORBOTEN EINER SUPERNOVA
Neutrinos: Eine zentrale Rolle beim Sterben von Sternen
• Frühwarnsystem – Sichtbarkeit bereits Stunden vor visueller Sichtbarkeit
• Neutronenstern oder schwarzes Loch
• Welche Temperatur wurde erreicht
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WELCHER STERN EXPLODIERT ALS NÄCHSTES?
Vielversprechende Kandidaten...
•
Beteigeuze – Roter Überriese
• Entfernung:640 LJ
• Masse:
20 Sonnenmassen
• Grösse:
663 Sonnenradien
• Leuchtkraft:
55.000 Sonnen
• Alter:
10 MIO Jahre
• Explosion:
100.000 Jahre
•
Eta
•
•
•
•
•
•
Carinae – Blauer
Entfernung:
Masse:
Grösse:
Leuchtkraft:
Alter:
Explosion:
Überriese
7500 LJ
100 Sonnenmassen
80-180 Sonnenradien
4MIO Sonnen
3 MIO Jahre
100.000-1 MIO Jahre
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NEUTRONENSTERNE
PULSARE
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WAS IST EIN NEUTRONENSTERN?
1 Fingerhut wiegt soviel wie alle Menschen zusammen
• Astronomisches Objekt mit einer extrem hohen Dichte und einem
typischen Durchmesser von etwa 20 km bei einer Masse von etwa
1,44 bis 3 Sonnenmassen.
• Endstadium eines Sternes mit 8-25 Sonnenmassen
• Besteht aus Neutronen mit einer extremen Dichte 1011 kg/cm³. Ein
Kubikzentimeter dieser Art hat in etwa die Masse eines Eiswürfels von
700m Kantenlänge.
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WAS IST EIN PULSAR?
Schwindelfrei?
Ein Pulsar (Kunstwort aus engl. pulsating source of radio
emission „pulsierende Radioquelle“) ist ein
schnell
rotierender Neutronenstern.
Die Symmetrieachse seines Magnetfelds weicht von der
Rotationsachse ab, weshalb er Synchrotronstrahlung entlang
der Dipolachse aussendet.
Liegt die Erde im Strahlungsfeld, empfängt sie wie von einem
Leuchtturm regelmäßig
wiederkehrende Signale.
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NEUTRONENSTERNE ENTDECKUNGSGESCHICHTE
1968 wurde der Pulsar in M1 entdeckt
•
•
•
•
1931 Landau schlägt theoretisch die Existenz vor
•
•
•
•
•
•
1967 Entdeckung des ersten Pulsars – Bell (PSRB1919+21)
1968 Entdeckung des Crab Pulsar
1932 Entdeckung des Neutrons durch- Jemas Chadwick
1934 Neutronensterne als Sternruine – Fritz Zwicky
1939 Theoretisches Modell eines Neutronensterns – Robert
Oppenheimer
1990
1994
2004
2007
PSR
PSR
PSR
PSR
1257+12 – Erster Neutronenstern mit Planeten
J0108-1431 Erdnächster Neutronenstern (424 LJ)
J1748-2446ad Schnellst rotierender Neutronenstern
J0348-0432 Massenreichster Neutronenstern
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DER KREBSPULSAR PSRB0531+21
30 mal pro Sekunde um die eigene Achse
•
•
•
•
•
•
Scheinbare Helligkeit:
Masse:
Oberflächentemperatur:
Radius:
Rotationsperiode:
Alter:
16.5
1.4 Sonnenmassen
1.6 MIO K
10km
33ms
960 Jahre
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MESSIER 1 – DER KREBSNEBEL
23
24
DER KREBSNEBEL
Crab Nebula M1 oder NGC 1952
•
•
•
•
•
Sternbild:
Scheinbare Helligkeit:
Entfernung:
Ausdehnung:
Entdeckung:
Stier
8.5
6300 LJ
11*6 LJ
1731
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M1–DER KREBSNEBEL IM STERNBILD STIER
Ca. 1.5° westlich von 𝞯 Taurus (2.95 scheinbare Helligkeit)
Bild: A. Krombacher
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UNTERSUCHUNGEN ZUM KREBSNEBEL
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UNTERSUCHUNGEN ZUM KREBSNEBEL
Wie alt ist der Krebsnebel?
Ziel:
Ermittlung des Alters des Krebsnebels
Mittel:
•
•
•
Fotos von M1 von 1973 und 2000 (27 Jahre Abstand)
Lineal
Einige einfache Berechnungen
Methode:
• Berechnung der Eigenbewegung von markanten
NebelknotenRückschluß auf das Alter
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WANN FAND DIE SUPERNOVA STATT?
Ausdehnung und Abstandsmessungen
•
Maßstab festlegen 1.77mm entspricht 1‘‘
•
10 markante Knoten in den Bildern festlegen
•
Abstand der Knoten zum zentralen Pulsar in
beiden Bildern messen
(Bsp. Knoten 1 1973: 84,6mm; 2000: 88 mm)
•
Wieviele Bogensekunden liegen zwischen 1973
und 2000?
(Bsp: Knoten 1 6.02‘‘ in 27 Jahren)
•
Schlußrechnung lösen
6.02‘‘
=> 27 Jahre
155.8‘‘
=> x Jahre
x
=> 708 Jahre
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M1 1973 UND 2000
Abstand Stern A-B: 385 Bogensekunden
Pulsar PSR B0531+21
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DIE MESSERGEBNISSE IM DETAIL...
führen uns 503 bis 922 Jahre in die Vergangenheit
Distance to
ID Pulsar 1973
[mm]
Distance to
Pulsar 1973
Distance to
Pulsar 2000
Distance to
Pulsar 2000
Delta
Angular velocity
Convergence age
[arcseconds]
[mm]
[arcseconds]
[arcseconds]
[arcseconds/year]
[years]
1
84,6
149,7
88,0
155,76
6,02
0,22
708
2
46,6
82,5
48,4
85,67
3,19
0,12
714
3
46,4
82,1
48,5
85,85
3,72
0,14
613
4
55,6
98,4
57,3
101,42
3,01
0,11
922
5
72,9
129,0
75,5
133,64
4,60
0,17
786
6
73,8
130,6
76,8
135,94
5,31
0,20
680
7
58,7
103,9
60,5
107,09
3,19
0,12
892
8
53,8
95,2
56,8
100,54
5,31
0,20
503
9
55
97,4
56,8
100,54
3,19
0,12
838
##
67,1
118,8
69,4
122,84
4,07
0,15
819
S1
51
90,3
51,1
90,45
0,18
0,01
n/a
S2
44,8
79,3
44,9
79,47
0,18
0,01
n/a
S3
65,8
116,5
66,0
116,82
0,35
0,01
n/a
S4
36,2
64,1
36,4
64,43
0,35
0,01
n/a
S5
64
113,3
64,2
113,63
0,35
0,01
n/a
Ergebniss:
Der Durchschnitt aller
gemessenen Knoten
liegt bei 727 Jahren
Die Explosion fand vor 727 Jahren, also im Jahr 1268 statt
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DIE GRETCHENFRAGE...
Wieso liegt das errechnete Jahr der Explosion von 1268 über
200 Jahre nach der überlieferten Supernova von 1054?
• Der Krebsnebel ist nicht der Überrest der Supernova von 1054
• Die identifizierten Knoten von 2000 stimmen nicht mit denen von 1973 überein
Oder….
• Die Ausdehnungsgeschwindigkeit des Nebels ist nicht konstant  Sie beschleunigt
32
Fragen?
Wir bedanken uns für Ihre
Aufmerksamkeit!
33