+ Weißer Zwerg
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Endstadien der Sternentwicklung Max Camenzind ZAH /LSW TUDA @ SS 2011 Übersicht • Min < 8 Sonnenmassen Weiße Zwerge (>1 Mrd. in Galaxis, 10.000 in Kugelsternhaufen) • 8 < Min < 25 Sonnenmassen Neutronensterne (>100 Mio. in Galaxis) • Min > 25 Sonnenmassen Schwarze Löcher (~ 100.000 in Galaxis) • Weiße Zwerge und Planetarische Nebel • Struktur Weißer Zwerge, Masse-Radius Bez. • Die Chandrasekhar Masse - Nobelpreis • SN Ia über Akkretion auf Chandra W.Z. Nobelpreise für Forschung an kompakten Sternen 1974 Anthony Hewish, Cambridge/UK .... für seine entscheidende Rolle bei der Entdeckung der Pulsare und ihrer Deutung als rotierende Neutronensterne 1983 Subramanyan Chandrasekhar, Chicago, USA .... für seine Theorie der Struktur weißer Zwerge (aus den 1930er Jahren) 1993 Russell Hulse & Joseph Taylor, Princeton, USA .... für die Entdeckung des Doppelsternpulsars, der eine neue Möglichkeit für das Studium der Gravitation eröffnet hat 2002 Riccardo Giacconi, Associated Universities Inc., USA .... für bahnbrechende Beiträge zur Astrophysik, die zur Entdeckung kosmischer Röntgenquellen führte (NS und stellare SL) Zustandsdiagramm der Sterne Masse Core-Kollaps Fe/Ni Core NStern C/O Weißer Zwerg Schwarzes Loch Si-burn He WZ preMS Sonne heute Kovetz et al. 2008 Stern-Entwicklung auf dem Computer Leben der Sterne: M = 0,25 - 9 MSonne Pop I Z = 0,01 Y = 0,28 Pop II Z = 0,001 Y = 0,24 Kovetz et al. 2008 Endphasen Sternentwicklung 0.08 < M < 8 Planetarische Nebel 8 < M < 25 M > 25 Sonnen SupernovaSNR Überreste (SNR) Endphasen Sternentwicklung 25 25 Brennphasen auf dem Weg zum Kompakten Objekt Min < 8 Sonnenmassen Der berühmteste WZ im Doppelstern Sirius A + B Von Bessel 1838 als Doppelstern postuliert; 1862 findet Alvan Clark den Begleiter Sirius B; Rätsel: sehr hell, aber sehr klein Zwerg ! Sirius A vs Sonne Sirius A: 2,1 Sonnenmassen Teff = 9.900 K Spektraltyp A1 Radius = 1,7 x Sonne Alter: 238 Mio. Jahre (sehr junges System!) Doppelsternsystem Sirius A + B Ein planetarischer Nebel entsteht, wenn ein Stern wie unsere Sonne in seiner letzten Lebensphase seine äußere Hülle ins ISM abbläst und dieses Material dann durch die intensive Strahlung des Sterns zu leuchten beginnt. Dies macht sie mit zu den schönsten Objekten in der Milchstraße. Planetarischer Nebel / HST (Ringnebel M57) + Weißer Zwerg Etwa 15.000 sind in unserer Milchstraße katalogisiert, geschätzt wird ihre Gesamtzahl auf etwa 50.000. Endphase: Planetarische Nebel + Weißer Zwerg Eskimo Nebel mit HST Eskimo-Nebel von Herschel 1787 entdeckt Vergleich mit Amateuraufnahmen NGC2392 gehört zur Familie der hellen Mini-PNs. Mit 47´´ ~ Planet Jupiter. hohe Vergrößerungen sinnvoll und hohe Brennweiten zweckmäßig. Aufnahme mit 12 Zoll 1:4 Newton + Barlowlinse. Spirograph Nebel / HST + Weißer Zwerg Typische Planetarische Nebel sind zu etwa 70 % Wasserstoff und 28 % Helium zusammengesetzt. Den restlichen Anteil bilden hauptsächlich Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff sowie Spuren anderer Elemente. Der Stern im Zentrum heizt durch seine Strahlung die Gase auf eine Temperatur von rund 10.000 K auf. Sanduhr-Nebel + Weißer Zwerg HST Aufnahme Alte Weiße Zwerge mit HST http://oposite.stsci.edu/pubinfo/jpeg/M4WD.jpg Weiße Zwerge ... Uninteressant ? , Nein, Subramanian Chandrasekhar (1910-1995) Theorie entarteter Elektronensterne (1931) ... denn sie haben ein interessantes Inneres: „Diamanten“ der Milchstraße. … kühlen sehr langsam aus über die Hubble-Zeit werden als Kosmochronometer verwendet. Weiße Zwerge „kühle“ Diamanten He 10-2 MS C/O „Diamant“ Tinitial ~ 140 Mio K Tcrystal ~ 16 Mio K TDebye ~ 14 Mio K Theute ~ 10 Mio K Druck durch e- H Atmosphäre Teff > 4000 K ~ 0,0001 MS C / O Core Kristallgitter (Diamant) T < 6 Mio K H 10-5 MS Typischer Weißer Zwerg M = 0,6 MS R = 9094 km 10 Mrd. Weiße Zwerge in der Galaxis Elektronenentartung Modelle Weiße Zwerge Polytropennäherung g = 1 + 1/n Hydrostatisches Gleichgewicht ART (1939) P = KrG Struktur Weißer Zwerge Chandrasekhar 1930 Masse – Radius Beziehung Weiße Zwerge: Masse – Dichte Sequenz Chandrasekhar n=3 Polytrope Einstein Theorie Coulomb Korrekturen Beobachtete Mittlere Masse Numerische Lösung des Hydrostatisches Gleichgewicht Test mit Beobachtungen WZ mit Atmosphäre ?? CO WZ Fe WZ Weiße Zwerge Punkte: Hipparcos Parallaxen GAIA Projekt Kataklysmische Systeme (CV) WZ + Akkretionsscheibe in Doppelsternen Novae Akkretion auf WZ SN Ia Weißer Zwerg M ~ MCh Roter Riese • Weißer Zwerg akkretiert H vom Roten Riesen • H fusioniert stetig zu He Bildung einer Heliumhülle • Massenzunahme bis Chandrasekhargrenze SN Ia – so hell wie Galaxie SN 1994d Simulationen SN Ia t = 0s Mehrfachzündungen von Flammenkugeln t = 0,3s Hohe Temperaturen; Aschedichte niedriger als Rest Pilzform Simulationen SN Ia t = 0,6s t = 2s Bildung von Substrukturen; Oberflächenvergrößerung & Verbrennungsratenerhöhung Scherströme erzeugen Verwirbelungen; Brennfront erreicht Oberfläche Lichtkurven SN Ia Absolute Helligkeit: bis -19,5 mag Radioaktiver Zerfall von 56Ni 9 Tage 56Ni zu 56Fe 10 Mrd. L verzögert Abkühlung 56Co 112 Tage 56Fe Ähnlicher Verlauf + e+ Standardkerze Zusammenfassung • Struktur der Weißen Zwerge ist geklärt, als Kosmochronometer eingesetzt. ~ 10 Mrd. WZ SNIa entstehen in Weißen Zwergen M~MC. • Weiße Zwerge sind Endprodukt der Entwicklung massearmer Sterne (M < 8 Sonnenmassen). • Bekannteste Weiße Zwerg: Sirius A (1.0 MS). • Kühle Weiße Zwerge sind Diamanten mit Hund He-Hülle. • Massereiche Weiße Zwerge sind Vorgänger zu Supernovae Typ Ia. • Spielen seit 1997 eine wichtige Rolle in Distanzmessung im expandierenden Universum.
