Supermassereiche Sterne und Supernovae
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Supermassereiche Sterne und Supernovae Stefan Gerth 13. November 2006 Betreuer: Prof. Dr. Ulrich Heber Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 1 / 32 Übersicht 1 Klassifikation von Supernovae Typ I Supernovae Typ II Supernovae 2 Entwicklung massereicher Sterne Geburt eines Sterns Das Zwiebelschalenmodell Kernkollaps und Explosion Radioaktiver Zerfall 3 Supernova SN 1987A 4 Vorläufersterne 5 Beziehung zwischen Supernovae und Gamma Bursts Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 2 / 32 Kapitelübersicht 1 Klassifikation von Supernovae Typ I Supernovae Typ II Supernovae 2 Entwicklung massereicher Sterne Geburt eines Sterns Das Zwiebelschalenmodell Kernkollaps und Explosion Radioaktiver Zerfall 3 Supernova SN 1987A 4 Vorläufersterne 5 Beziehung zwischen Supernovae und Gamma Bursts Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 3 / 32 Wiederholung der Klassifikation Verschiedene Arten von Supernovae Man unterscheidet zwischen zwei generellen Arten von Supernovae, dem sogenannten Typ I und dem Typ II, wobei Typ I nochmals in mehrere verschiedene Arten unterteilt ist. Typ II besitzt, im Vergleich zu Typ I, Wasserstofflinien im Spektrum. Unterteilung von Typ I Typ Ia: Typische Absorptionslinien schwerer Elemente (Si II). Typ Ib: Kein Si II aber He. Typ Ic: Keines von beiden oder nur sehr schwach. Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 4 / 32 Typ I Supernovae Supernova SN 1994D Zusammenfassung Bis auf I a alles Kernkollaps Supernovae. I b/I c durch Kollaps extrem massereicher Sterne. Nur I a als Standardkerze zu verwenden. Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 5 / 32 Typ II Supernovae Krebsnebel Zusammenfassung Kernkollaps massereicher Sterne M > 8 · MSun . Unterschiedliche Lichtkurven. Wasserstoffreiche Absorptionslinien. Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 6 / 32 Vergleich der Lichtkurven Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 7 / 32 Kapitelübersicht 1 Klassifikation von Supernovae Typ I Supernovae Typ II Supernovae 2 Entwicklung massereicher Sterne Geburt eines Sterns Das Zwiebelschalenmodell Kernkollaps und Explosion Radioaktiver Zerfall 3 Supernova SN 1987A 4 Vorläufersterne 5 Beziehung zwischen Supernovae und Gamma Bursts Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 8 / 32 Geburt eines Sterns Der Orionnebel Sternentstehung Ein Stern wird in einem interstellarem Nebel geboren. Gas und Staub verdichten sich durch Störungen und ziehen sich zusammen. Wenn die entstandene Scheibe genug Masse besitzt, bildet sich ein sog. Protostern. Bei sehr massereichen Ansammlungen startet die Kernfusion. Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 9 / 32 Zwiebelschalenmodell Schichtung der Elemente Allgemein Bei Sternen mit m ≥ 8 · msun setzt nach dem Wasserstoffbrennen die nächste Fusionsstufe ein, wodurch schwerere Elemente bis zum Eisen gebildet werden. Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 10 / 32 Zwiebelschalenmodell Schichtung der Elemente Allgemein Bei Sternen mit m ≥ 8 · msun setzt nach dem Wasserstoffbrennen die nächste Fusionsstufe ein, wodurch schwerere Elemente bis zum Eisen gebildet werden. Aber Es können durch Fusion nur Elemente bis zum Eisen gebildet werden! Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 10 / 32 Wasserstoffbrennen Der p-p Zyklus p+p → 2 D + e+ + ν 2 D+p → 3 He + γ 3 He +3 He → p-p I 3 Stefan Gerth 4 He + He → 4 He + 2p 7 Be + ν Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 11 / 32 Der CNO-Zyklus 12 C +1 H →13 N + γ 14 N +1 H →15 O + γ 13 N →13 C + e+ + ν 15 O →15 N + e+ + ν 13 C +1 H →14 N + γ 15 N +1 H →16 O + γ 14 N +1 H →15 O + γ 16 O +1 H →17 F + γ 15 O →15 N + e+ + ν 17 F →17 O + e+ + ν 15 N →1 H +12 C +4 He 17 O +1 H →14 N +4 He Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 12 / 32 Heliumbrennen 4 He +4 He →8 Be 8 Be +4 He →12 C 12 Stefan Gerth C +4 He →16 O Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 13 / 32 Kohlenstoff und Sauerstoffbrennen Sauerstoffbrennen Kohlenstoffbrennen 12 C +12 C → 24 → 23 → 23 → → Stefan Gerth 20 16 N+γ 16 O +16 O → 32 S+γ → 31 S+n → 31 P+p → 28 Si + α → 24 Mg + 2α C+n Na + p Ne + α O + 2α Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 14 / 32 Entwicklung im HRD Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 15 / 32 Photodesintegration und inverser β − Zerfall Photodesintegration 56 4 Fe + γ → 134 He + 4n He + γ → 2p + 2n Inverser β − Zerfall p + e− → n + ν Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 16 / 32 Kernkollaps Instabilität des Eisenkerns. Enstehung von entartetem Elektronengas. Bei Überschreitung der Chandrasekhar Masse, Elektronendruck nicht mehr ausreichend. Nach starkem Temperaturanstieg Photodesintegration dominierend. Inverser β − Zerfall. Entstehung von entartetem Neutronengas. Genug Gegendruck, um Kollaps zu stoppen, Entstehung eines Neutronensterns. Wenn das entartete Neutronengas den Kollaps nicht stoppen kann, Entwicklung zum schwarzen Loch. Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 17 / 32 Explosion Beispiel: Neutronenstern Durch inversen β − Zerfall entstandene Neutrinos wirken einfallender Materie entgegen. Fusion startet in auftreffenden Schichten (Entwicklung von 56 Ni). Schwingungen im Neutronenstern übertragen sich auf Stoßfront. Schockwelle breitet sich durch die Schichten aus. Fusion in den äußeren Hüllen. Explosion des Sterns. Durch Ausdünnung und Photodesintegration in den Schichten, Neutrino Nachweis möglich. 99% der Energie in Neutrinos. Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 18 / 32 Radioaktiver Zerfall 56 Ni →56 Co →56 Fe Beschreibung 56 Ni als Produkt einer Supernova. Halbwertszeit von 56 Co beträgt 77,1 d, von 56 Ni 6,1 d. Gute Übereinstimmung mit der Lichtkurve nach Erreichen des Maximums. Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 19 / 32 Kapitelübersicht 1 Klassifikation von Supernovae Typ I Supernovae Typ II Supernovae 2 Entwicklung massereicher Sterne Geburt eines Sterns Das Zwiebelschalenmodell Kernkollaps und Explosion Radioaktiver Zerfall 3 Supernova SN 1987A 4 Vorläufersterne 5 Beziehung zwischen Supernovae und Gamma Bursts Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 20 / 32 Vergleich vorher-nachher Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 21 / 32 Supernova SN 1987A Bedeutung Erdnächste Supernova seit 1604. Entfernung von 55.000 Parsec (≈ 179.000 Lichtjahre). Erste Supernova bei der der Vorgängerstern beobachtbar war. Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 22 / 32 Beobachtungen Lichtkurve bestätigt deutlich die Vorstellung einer Supernova. Stefan Gerth Weiteres Indiz für Richtigkeit der Vorstellung über physik. Abläufe bei einem Kernkollaps. Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 23 / 32 Beobachtungen Detektion von γ Strahlung Gammastrahlung im Bereich von 847 und 1238keV erwartet. Ballonexperiment findet Gammasrtahlung bei 1238 keV. Linie bei 847 Überlagert durch 27 Al welches überall im Interstellaren Medium zu finden ist. Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 24 / 32 Kapitelübersicht 1 Klassifikation von Supernovae Typ I Supernovae Typ II Supernovae 2 Entwicklung massereicher Sterne Geburt eines Sterns Das Zwiebelschalenmodell Kernkollaps und Explosion Radioaktiver Zerfall 3 Supernova SN 1987A 4 Vorläufersterne 5 Beziehung zwischen Supernovae und Gamma Bursts Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 25 / 32 SN 1987A Erste Supernova deren Vorgängerstern beobachtet wurde (Sk-69 202 Blauer Riesenstern mit ca. 17 msun ). Geschätzte Lebensdauer von 20 Millionen Jahren (Sonne ≈ 5 Milliarden Jahre). Magellansche Wolke Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 26 / 32 SN 2005cs Roter Überriesenstern mit 7-9 msun , dem unteren Limit für Typ II Supernovae. Schwere Bestimmung wegen zu vielen Sternen in der Umgebung. M51 Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 27 / 32 SN 1993J Roter Überriesenstern mit 13-20 msun . Startet als Supernova Typ II, endet als Typ I b. Beweis für Kernkollaps Supernovae bei Typ I b. M81 Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 28 / 32 Kapitelübersicht 1 Klassifikation von Supernovae Typ I Supernovae Typ II Supernovae 2 Entwicklung massereicher Sterne Geburt eines Sterns Das Zwiebelschalenmodell Kernkollaps und Explosion Radioaktiver Zerfall 3 Supernova SN 1987A 4 Vorläufersterne 5 Beziehung zwischen Supernovae und Gamma Bursts Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 29 / 32 Beziehung zwischen Supernovae und Gamma Bursts GRB 060218/SN 2006aj GRB wurde kurz vor Supernova Ausbruch detektiert. weiche Gammastrahlung. Supernova Spektrum vom Typ Ic. Verdacht auf Wolf-Rayet Stern ohne Wasserstoff- und Heliumhülle. Hervorgerufen durch eine fast relativistische Schockwelle. In Simulationen sollte GRB das erste registrierbare Ereignis nach dem Kernkollaps sein. Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 30 / 32 Zusammenfassung Wiederholung der verschiedenen Supernovae Typen. Entstehung massereicher Sterne. I I I I Geburt und Entwicklung eines massereichen Sterns. Lage im HRD. Bedeutung von Wolf Rayet Sternen. Kernkollaps und Explosion (Radioaktiver Zerfall). Supernova 1987A als Modellbeweis. Diskussion der Vorläufersterne. I I Supernova Typ II kann in Typ I b übergehen. Bedeutung von Binärsystemen auch bei Typ II Supernovae. Zusammenhang zwischen Ic/GRB und Modellsuche. Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 31 / 32 Verwendete Literatur 1 http://hubblesite.org 2 W. Hillebrandt, B. Leibundgut: From Twilight to Highlight: The ” Physics of Supernovae“ 3 H. Karttunen: Fundamental Astronomy“ ” D. Prialnik: Stellar Structure and Evolution“ ” Mirabel et al. ApJ 643, L99 (2006) 4 5 6 Letters to Nature, D.A. Swartz: Supernova1993J as a ” spectroscopic link between type II and type Ib supernovae“ Stefan Gerth Supermassereiche Sterne und Supernovae 13. November 2006 32 / 32
