Supernovaexplosion
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Supernovaexplosion • Begriff • Historische Beispiele • Supernova Typ II (Kernkollapssupernova) • SN 1987 A Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 1 Was ist eine Supernova? „stella nova“ (neuer Stern) Begriff geprägt von Tycho Brahe 1572 plötzliches Auftauchen eines vorher nicht sichtbaren sternähnlichen Objekts am Himmel 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. Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 2 Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 3 Häufigkeit von Supernovae Sehr seltene Ereignisse in einer Galaxie leuchtet ca. alle 30 … 80 Jahre eine Supernova auf Für die Milchstraße werden etwa 20 Supernovae pro Jahrtausend geschätzt, wovon im letzten Jahrtausend sechs beobachtet wurden. Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 4 Historische Beispiele 1054 im Sternbild Stier beobachtet von japanischen und chinesischen Astronomen war selbst am Taghimmel sichtbar Überrest Krebsnebel M1 (siehe Bild) Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 5 Historische Beispiele 11. November 1572 im Sternbild Kassiopeia entdeckt von Tycho Brahe Prägung des Begriffs „stella nova“ Nachweis, dass auch Fixsterne nicht unveränderlich sind Der Überrest von SN 1572 ist 3C 10 (siehe Bild) Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 6 Historische Beispiele entdeckt am 9. Oktober 1604 im Sternbild Schlangenträger u.a. beschrieben von Johannes Kepler im Buch De Stella nova in pede Serpentarii („Über den neuen Stern im Fuß des Schlangenträgers“) Überrest ist 3C 358 (siehe Bild oben links) Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 7 Der Vorgängerstern (> 8 mS) Wenn der Vorrat an Wasserstoff als Brennelement in einem Stern zur Neige geht, können in Abhängigkeit von der Masse und weiterer physikalischer Parameter im Inneren des Sterns (Temperatur, Dichte) durch Kernfusion weitere Elemente unter Freisetzung von Energie erzeugt werden. Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 8 Der Vorgängerstern Beispiel eines Sternes mit 18 Sonnenmassen, der die 40.000-fache Sonnenleistung und den 50-fachen Sonnendurchmesser aufweist Brennmaterial (bzw. Fe) Brennvorgang (Nukleosynthese) Temperatur in Millionen Kelvin Dichte (kg/cm3) Brenndauer H Wasserstoffbrennen 40 0,006 10 Mio. J. He Heliumbrennen 190 1,1 1 Mio. J. C Kohlenstoffbrennen 740 240 10.000 Jahre Ne Neonbrennen 1.600 7.400 10 Jahre O Sauerstoffbrennen 2.100 16.000 5 Jahre Si Siliciumbrennen 3.400 50.000 1 Woche Fe-Kern Kernreaktionen zur Erzeugung schwerster Elemente 10.000 10.000.000 - Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Stern#Sternentwicklung Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 9 Der Vorgängerstern Schwerere Elemente als Eisen können nicht durch Kernfusion gebildet werden, da dafür Energie verbraucht und nicht freigesetzt wird. Der Eisenkern besitzt die größte Bindungsenergie und stellt damit kernphysikalisch den stabilsten Kern dar. Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bindungsenergie#Kernphysik Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 10 Hydrostatisches Gleichgewicht Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 11 Kernkollaps Da keine weitere Fusion stattfindet, kann der Kern keinen nach außen gerichteten Druck mehr aufbauen, welcher der Gravitation entgegenwirken würde. Kernkollaps Die äußeren Schichten stürzen in Richtung Zentrum. Durch den enormen Druck werden die Elektronen in die Atomkerne gedrückt und verbinden sich mit den Protonen zu Neutronen p+ + e- n + ne Es entsteht ein entartetes Neutronengas, das einen Druck aufbaut, der den weiteren Kollaps aufhält. Der Kern ist nun inkompressibel. Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 12 Die Explosion Die von außen nachstürzende Materie wird am festen Kern reflektiert. Es entsteht eine Stoßwelle, die sich nach außen fortbewegt. Das von der Stoßfront durchlaufene Material wird sehr stark zusammengepresst, wodurch das Material sehr hohe Temperaturen erlangt. Energiefreisetzung, r-Prozess Die beim Kernkollaps in großen Mengen freigesetzten Neutrinos verstärken die Stoßwelle. Die äußeren Schichten des Sterns werden mit ca. 10000 km/s nach außen gestoßen. Supernovaexplosion Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 13 Quelle: Space 3/2014 S. 110 Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 14 modernes Beispiel: SN 1987A entdeckt am 24. Februar 1987 in der Großen Magellanschen Wolke Entfernung ca. 157.000 Lichtjahre Vermutung: Kernkollaps führte zur Bildung eines Neutronensterns Überrest der Supernova 1987A, aufgenommen im März 2005 Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 15 modernes Beispiel: SN 1987A während der Explosion vorher • 20000 Erdmassen an freigesetztem radioaktiven Eisen • 200000 Erdmassen an verursachtem Staub • Temperatur der expandierenden Gashülle ca. 10 Mio K Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 16
