Entwicklung offener Sternhaufen
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Entwicklung von offenen Sternhaufen • Offene Sternhaufen entstehen also mit folgenden Eigenschaften: 1. Gesamtmasse mit Einzelmassen folgend der IMF 2. Kinematik des Gesamtschwerpunktes 3. Interne Geschwindigkeitsverteilung • Wie entwickelt sich ein offener Sternhaufen unter diesen Vorraussetzungen? Entwicklung 1/16 • Die Einzelsterne entwickeln sich „unabhängig“. Folgende Prozesse sind relevant für deren unmittelbare Umgebung 1. 2. 3. 4. • Massenverlust für heiße Sterne AGB Entwicklung Planetare Nebel bei kühlen Sternen Supernovaexplosionen Im Sternhaufen gibt es kaum Kollisionen (siehe später), d.h. es entstehen fast keine neuen Mehrfachsysteme Entwicklung 2/16 Diese Prozesse laufen für Mitglieder eines offenen Sternhaufens individuell ab Entwicklung 3/16 Wichtige Frage nach der Auswirkung von SN-Explosionen in offenen Sternhaufen. Stoßwellen! Statistisch gesehen sind SN-Explosionen relativ häufig Entwicklung 4/16 Bild: Chandra, Durchmesser 10 Lichtjahre • • • • Direkt wurde bis jetzt noch keine Supernova in einem offenen Sternhaufen beobachtet. Man muß nach Neutronensternen, Pulsaren oder Röntgendoppelsternen suchen. Diese Objekte sind im optischen Bereich extrem lichtschwach Die neueste Generation von Röntgensatelliten hat zumindest die ersten Hinweise erbracht Entwicklung 5/16 Muno et al., 2006, ApJ, 636, L41: Westerlund 1 d = 5200 pc, log t < 6.4 Pulsar, V schwächer als 25 mag Entwicklung 6/16 • • • • Weiße Zwerge in offenen Sternhaufen wurden gefunden. Die Häufigkeit entspricht in etwa der erwarteten Sternentwicklung bei einer gegebenen IMF. Allerdings ist Mitgliedsbestimmung sehr schwierig. Es fehlt die Information für Doppelsternsysteme Die absoluten Helligkeit von weißen Zwergen ist ca. 10 Größenklassen unter der entsprechenden Hauptreihe Entwicklung 7/16 von Hippel, 1998, AJ, 115, 1536 Einzel Doppel Insgesamt 41 WDs bis 1998 bekannt, Zahl hat sich nicht wesentlich geändert Entwicklung 8/16 Zur Theorie der Auflösung von offenen Sternhaufen Virialtheorem: 2 Ekin Kinetische Energie: 2 Ekin n mi v 2 M v 2 v mittleres v der Sterne relativ zum GZ potentielle Energie: 2 v daraus folgt: Entwicklung 9/16 1 G M2 2 2 R G M 2R 2 2 Entweichgeschwindigkeit: v Zusammenstöße: tcoll 1 Dichte 4 v 2 v und Wirkungsquerschnitt : N 3 R 3 4 2 * R tcoll 4 R 2 N R* v Beispiel eines typischen offenen Sternhaufen: N 1000, v -1 10kms , R* 2,5RSonne, R tcoll = 1025s => Kollisionen spielen keine Rolle Entwicklung 10/16 5pc Selbst in den dichten Zentralregionen von offenen Sternhaufen sind Kollisionen eher unwahrscheinlich, aber nicht ausgeschlossen. Schlussfolgerungen: 1. Doppel- und Mehrfachsysteme entstehen nicht durch Kollisionen sondern schon am Beginn der Sternentstehung 2. Mitglieder werden im Allgemeinen nicht durch Kollisionen „herausgeschleudert“ sondern erhalten die pekuliare Geschwindigkeitskomponente bereits „bei der Geburt“ oder durch die Beschleunigung bei SN-Explosionen Entwicklung 11/16 Durchquerungszeit: tcross -1 v 10kms und R 5pc R v tcross 8 4,9 10 yr Mitglieder können auf relativ kurzen Zeitskalen den offenen Sternhaufen verlassen. Ursache: Geschwindigkeitsdisperison bei der Entstehung des Aggregates und Beschleunigung durch Supernovas Entwicklung 12/16 Gezeitenkräfte durch die galaktische Rotation Gesamtmasse der Milchstrasse: MG = 2x1011 MSonne Beschleunigung auf den gesamten Sternhaufen gG und jedes einzelne Mitglied g* : gG G MG 2 RGC g G MG RGC r 2 Die Differenz der beiden Größen, ist die Beschleunigung, mit der „die Masse der Milchstrasse“ versucht, den Stern vom Aggregat zu entfernen. Entwicklung 13/16 gG ,* 2 G MG r für r 3 RGC RGC Dem wirkt die Beschleunigung durch die Masse des offenen Sternhaufens entgegen. Der Stabilitätsradius rS ist gegeben durch: 2 G M G rS 3 RGC rS M OC 10,9 1000 G M OC 2 rs rS RGC 1/3 für RGC 8kpc in [MSonne, pc] Für 1000 MSonne => Durchmesser 20 pc Entwicklung 14/16 M OC 2M G 1/ 3 Wielen, 1975, IAUS, 69, 119 Entwicklung 15/16 Zusammenfassung • Offene Sternhaufen leben aus diesen Gründen nicht ewig: 1. 2. 3. 4. Galaktische Rotation Interne Geschwindigkeitsdispersion Kollisionen in den ersten Myrs SN-Explosionen beschleunigen „Nachbarn“ durch Stoßwellen 5. (Kollisionen mit anderen „Feldsternen“) • Die Simulation kann die Beobachtungen sehr gut wiedergeben Entwicklung 16/16
