PraesentationEntfernungsbestimmung - ww.humboldt
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Entfernungsmessung in der Astronomie
Anwendung und Darstellung der Methodik durch Auswertung von
Originalbildern von Cepheiden und Supernovae Ia
Inhalt:
1. Die „Entfernungsskala“
2. Erläuterungen astronomischer Begriffe
3. Entfernungsmessung durch Cepheiden
4. Entfernungsmessung durch Supernovae Ia
Vanessa Rieger
Humboldt-Gymnasium Vaterstetten
1
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 2
Die „Entfernungsskala“
1 pc = 3,26 Lj
2
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 3
Erläuterungen astronomischer Begriffe
Scheinbare Helligkeit m
Unter scheinbarer Helligkeit m versteht man die
Helligkeit eines Sternes, mit der er auf der Erde
erscheint.
Definition der Helligkeitsskala:
Absolute Helligkeit M
Entfernungsmodul µ :
m1
m2
2,5 lo g 10
S1
Strahlungsstrom S [W/m²]
S2
m [mag]
Die absolute Helligkeit M eines Sternes ist definiert
als die scheinbare Helligkeit, die der Stern in der
Einheitsentfernung d0 = 10 pc hätte.
m
M
5 lo g 10
3
d
10 pc
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 4
Erläuterungen astronomischer Begriffe
Interstellare Extinktion A
= Absorption und Streuung des Lichts am interstellaren Staub
Schwächung der Lichtintensität
Stern erscheint schwächer
Entfernung des Sterns wirkt größer als in Wirklichkeit
Problem bei der Entfernungsbestimmung
m
A
M
5 lo g 10
4
d
10 pc
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 5
Entfernungsmessung durch Cepheiden
Cepheiden
= pulsierende Sterne:
Der Sternradius und damit verbunden
die Temperatur und die Leuchtkraft
schwanken mit regelmäßiger Periode.
Perioden-Leuchtkraft-Beziehung
5
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 6
Eigene Bestimmung der Perioden-Leuchtkraft-Beziehung
anhand der Cepheiden der Großen Magellanschen Wolke
P erio d en - sch ein b are H ellig keit - B ez ieh u n g
fü r d ie Gro ß e M ag ellan sch e W o lke
s c h e i n b a re H e l l i g k e i t m [m a g ]
11
12
13
14
15
y = - 2 ,5 4 7 8 x + 1 7 ,1 5 8
16
17
0
0 ,5
1
1 ,5
2
2 ,5
l o g ( P [d ] )
6
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 7
Berechnung der Perioden-Leuchtkraft-Beziehung
Perioden – scheinbare Helligkeit – Beziehung:
Entfernungsmodul aus der Literatur
für Große Magellansche Wolke :
M
M
V
V
mV
2,5 5 lo g 10 P
17 ,16
1 8,54
mV
2 ,5 5 lo g 10 P
1 ,3 8
Perioden-Leuchtkraft-Beziehung
Literatur:
M
V
2,7 02
0,0 28 lo g 10 P
7
1,4 91
0,0 22
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 8
Entfernungsbestimmung der Galaxie NGC 1637
Eigene Bestimmung der Lichtkurve eines Cepheids aus den Bildern
des Hubble Space Telescope
C h ip 2
R e fe re n zste rn ID 4 9
C h ip 3
C e p h e id ID 1 6 3
C h ip 1
C h ip 4
8
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 9
Chip 1
C e p h e id ID 1 6 3
R e fe re n zste rn ID 4 9
9
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 10
Ausschnitte aus dem Chip 1: Cepheid ID 163
Ausschnitt aus dem Bild u6fv1101m
zeigt den Cepheid ID 163 am Maximum,
52. Tag
Ausschnitt aus dem Bild u6fv0902m
zeigt den Cepheid ID 163 am Minimum,
40. Tag
10
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 11
Ausschnitte aus dem Chip 1: Referenzstern ID 49
Ausschnitt aus dem Bild u6fv0702m:
Referenzstern ID 49
m ref
23 ,50
11
0,0 1 m ag
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 12
Lichtkurve des Cepheids ID 163
2 3 ,8 0
3 3 ,6 Ta g e
24,19 m a g
2 4 ,0 0
s c h e in b a re H e llig k e it [ma g ]
2 4 ,2 0
2 4 ,4 0
2 4 ,6 0
2 4 ,8 0
E ig e n e
A u s we r tu n g
2 5 ,0 0
L ite r a tu r
2 5 ,2 0
25,28 m a g
2 5 ,4 0
0
10
20
30
40
50
60
70
Ta g e [d ]
mC
2,5 lo g 10
12
IC
I ref
m ref
Vanessa Rieger, 14. März 2007
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Cepheid ID 163 der Galaxie NGC 1637
Periode:
P
3 3,6
2d
eingesetzt in Perioden-Leuchtkraft-Beziehung:
mC
mittlere scheinbare Helligkeit:
Interstellare Extinktion:
mC
d
Literatur:
7 ,5 0
AV
M
C
5,2 7
0,0 7 m ag
24 ,74 m ag
0 ,4 2 m ag
AV
C
6
26 ,99 1 0 Lj
0 ,5 0 M p c
M
d
29 ,59
0,0 7
8,2 8 M p c
1 5,8
13
8 ,0 M p c
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 14
Entfernungsmessung durch Supernovae des Typs Ia
Supernova
= Helligkeitsausbruch eines Sterns
verursacht durch ein explosionsartiges
Abstoßen des größten Teils der Sternmasse
Lichtkurven der unterschiedlichen
Typen von Supernovae
Supernovae Typ Ia sind „Standardkerzen“.
14
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 15
Entfernungsbestimmung der Galaxie UGC 10743
Supernova 2002er
S N 2002e r
G alaxie U G C 10743
R e fe r e n z ste r n
15
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 16
Lichtkurve der SN 2002er
1 4 ,5
1 4 ,9 5
s c he inba re H e lligk e it [m a g]
15
S N 2002er
1 5 ,5
16
Lic htkurv e: Eigene A us w ertung
1 6 ,5
17
1 7 ,5
18
Lic htkurv e: Literatur
1 8 ,5
0
10
20
30
2 ,5 lo g 10
50
Ta ge [d]
6 ,5
m SN
40
I SN
H
I ref
H
16
m ref
m ref
18 ,93 m ag
H = Hintergrundsintensität
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 17
Ergebnis für die Galaxie UGC 10743
m max
Helligkeitsmaximum nach ca. 6,5 Tagen:
14 ,95 m ag
Absolute Helligkeit der SN Ia (aus der Literatur):
M
Interstellare Extinktion:
Literatur:
1 9,49
max
0 ,0 7 m ag
AB
1,4 7
m max
M
max
6
d
12 8,0 0 1 0 Lj
d
12 3,9 4 1 0 Lj
6
17
0,2 2
AB
39 ,26 M p c
38 ,02 M p c
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 18
ENDE
The Majestic Sombrero Galaxy
18
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 19
Backup
19
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 20
Erläuterungen astronomischer Begriffe
Definition der Parsec
oft verwendete Einheit für astronomische Entfernungen
Erscheint, von einem Stern aus gesehen, die große Halbachse
der Erdbahn (die astronomische Einheitslänge: 1 AE) unter
einem Winkel von einer Bogensekunde, so hat er eine
Entfernung von einem Parsec.
1 pc
5
2,0 63 10 A E
20
3,2 6 Lj
16
3,0 86 10 m
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Entfernungsmessung in der Astronomie
Anwendung und Darstellung der Methodik durch Auswertung von
Originalbildern von Cepheiden und Supernovae Ia
Inhalt:
1. Die „Entfernungsskala“
2. Erläuterungen astronomischer Begriffe
3. Entfernungsmessung durch Cepheiden
4. Entfernungsmessung durch Supernovae Ia
Vanessa Rieger
Humboldt-Gymnasium Vaterstetten
1
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 2
Die „Entfernungsskala“
1 pc = 3,26 Lj
2
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 3
Erläuterungen astronomischer Begriffe
Scheinbare Helligkeit m
Unter scheinbarer Helligkeit m versteht man die
Helligkeit eines Sternes, mit der er auf der Erde
erscheint.
Definition der Helligkeitsskala:
Absolute Helligkeit M
Entfernungsmodul µ :
m1
m2
2,5 lo g 10
S1
Strahlungsstrom S [W/m²]
S2
m [mag]
Die absolute Helligkeit M eines Sternes ist definiert
als die scheinbare Helligkeit, die der Stern in der
Einheitsentfernung d0 = 10 pc hätte.
m
M
5 lo g 10
3
d
10 pc
Vanessa Rieger, 14. März 2007
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Erläuterungen astronomischer Begriffe
Interstellare Extinktion A
= Absorption und Streuung des Lichts am interstellaren Staub
Schwächung der Lichtintensität
Stern erscheint schwächer
Entfernung des Sterns wirkt größer als in Wirklichkeit
Problem bei der Entfernungsbestimmung
m
A
M
5 lo g 10
4
d
10 pc
Vanessa Rieger, 14. März 2007
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Entfernungsmessung durch Cepheiden
Cepheiden
= pulsierende Sterne:
Der Sternradius und damit verbunden
die Temperatur und die Leuchtkraft
schwanken mit regelmäßiger Periode.
Perioden-Leuchtkraft-Beziehung
5
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 6
Eigene Bestimmung der Perioden-Leuchtkraft-Beziehung
anhand der Cepheiden der Großen Magellanschen Wolke
P erio d en - sch ein b are H ellig keit - B ez ieh u n g
fü r d ie Gro ß e M ag ellan sch e W o lke
s c h e i n b a re H e l l i g k e i t m [m a g ]
11
12
13
14
15
y = - 2 ,5 4 7 8 x + 1 7 ,1 5 8
16
17
0
0 ,5
1
1 ,5
2
2 ,5
l o g ( P [d ] )
6
Vanessa Rieger, 14. März 2007
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Berechnung der Perioden-Leuchtkraft-Beziehung
Perioden – scheinbare Helligkeit – Beziehung:
Entfernungsmodul aus der Literatur
für Große Magellansche Wolke :
M
M
V
V
mV
2,5 5 lo g 10 P
17 ,16
1 8,54
mV
2 ,5 5 lo g 10 P
1 ,3 8
Perioden-Leuchtkraft-Beziehung
Literatur:
M
V
2,7 02
0,0 28 lo g 10 P
7
1,4 91
0,0 22
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 8
Entfernungsbestimmung der Galaxie NGC 1637
Eigene Bestimmung der Lichtkurve eines Cepheids aus den Bildern
des Hubble Space Telescope
C h ip 2
R e fe re n zste rn ID 4 9
C h ip 3
C e p h e id ID 1 6 3
C h ip 1
C h ip 4
8
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 9
Chip 1
C e p h e id ID 1 6 3
R e fe re n zste rn ID 4 9
9
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Ausschnitte aus dem Chip 1: Cepheid ID 163
Ausschnitt aus dem Bild u6fv1101m
zeigt den Cepheid ID 163 am Maximum,
52. Tag
Ausschnitt aus dem Bild u6fv0902m
zeigt den Cepheid ID 163 am Minimum,
40. Tag
10
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 11
Ausschnitte aus dem Chip 1: Referenzstern ID 49
Ausschnitt aus dem Bild u6fv0702m:
Referenzstern ID 49
m ref
23 ,50
11
0,0 1 m ag
Vanessa Rieger, 14. März 2007
Slide 12
Lichtkurve des Cepheids ID 163
2 3 ,8 0
3 3 ,6 Ta g e
24,19 m a g
2 4 ,0 0
s c h e in b a re H e llig k e it [ma g ]
2 4 ,2 0
2 4 ,4 0
2 4 ,6 0
2 4 ,8 0
E ig e n e
A u s we r tu n g
2 5 ,0 0
L ite r a tu r
2 5 ,2 0
25,28 m a g
2 5 ,4 0
0
10
20
30
40
50
60
70
Ta g e [d ]
mC
2,5 lo g 10
12
IC
I ref
m ref
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Cepheid ID 163 der Galaxie NGC 1637
Periode:
P
3 3,6
2d
eingesetzt in Perioden-Leuchtkraft-Beziehung:
mC
mittlere scheinbare Helligkeit:
Interstellare Extinktion:
mC
d
Literatur:
7 ,5 0
AV
M
C
5,2 7
0,0 7 m ag
24 ,74 m ag
0 ,4 2 m ag
AV
C
6
26 ,99 1 0 Lj
0 ,5 0 M p c
M
d
29 ,59
0,0 7
8,2 8 M p c
1 5,8
13
8 ,0 M p c
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Entfernungsmessung durch Supernovae des Typs Ia
Supernova
= Helligkeitsausbruch eines Sterns
verursacht durch ein explosionsartiges
Abstoßen des größten Teils der Sternmasse
Lichtkurven der unterschiedlichen
Typen von Supernovae
Supernovae Typ Ia sind „Standardkerzen“.
14
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Entfernungsbestimmung der Galaxie UGC 10743
Supernova 2002er
S N 2002e r
G alaxie U G C 10743
R e fe r e n z ste r n
15
Vanessa Rieger, 14. März 2007
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Lichtkurve der SN 2002er
1 4 ,5
1 4 ,9 5
s c he inba re H e lligk e it [m a g]
15
S N 2002er
1 5 ,5
16
Lic htkurv e: Eigene A us w ertung
1 6 ,5
17
1 7 ,5
18
Lic htkurv e: Literatur
1 8 ,5
0
10
20
30
2 ,5 lo g 10
50
Ta ge [d]
6 ,5
m SN
40
I SN
H
I ref
H
16
m ref
m ref
18 ,93 m ag
H = Hintergrundsintensität
Vanessa Rieger, 14. März 2007
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Ergebnis für die Galaxie UGC 10743
m max
Helligkeitsmaximum nach ca. 6,5 Tagen:
14 ,95 m ag
Absolute Helligkeit der SN Ia (aus der Literatur):
M
Interstellare Extinktion:
Literatur:
1 9,49
max
0 ,0 7 m ag
AB
1,4 7
m max
M
max
6
d
12 8,0 0 1 0 Lj
d
12 3,9 4 1 0 Lj
6
17
0,2 2
AB
39 ,26 M p c
38 ,02 M p c
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The Majestic Sombrero Galaxy
18
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Slide 19
Backup
19
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Slide 20
Erläuterungen astronomischer Begriffe
Definition der Parsec
oft verwendete Einheit für astronomische Entfernungen
Erscheint, von einem Stern aus gesehen, die große Halbachse
der Erdbahn (die astronomische Einheitslänge: 1 AE) unter
einem Winkel von einer Bogensekunde, so hat er eine
Entfernung von einem Parsec.
1 pc
5
2,0 63 10 A E
20
3,2 6 Lj
16
3,0 86 10 m
Vanessa Rieger, 14. März 2007
