Spectroscopie. ... de kunst van het lichtlezen... Karolien Lefever. u gebracht door. Instituut voor Sterrenkunde, K.U. Leuven

Spectroscopie

... de kunst van het lichtlezen ... u gebracht door

Karolien Lefever Instituut voor Sterrenkunde, K.U. Leuven

Spectroscopie en kunst ...

Het kleurenpalet van het elektromagnetisch spectrum... Het fingerspitzengefühl van het reductieproces... Het aflezen van “karakter”eigenschappen via het spectrum...

Karolien Lefever

Urania, Algemene sterrenkunde, 14 december 2006

2/40

Het kleurenpalet van het elektromagnetisch spectrum ... Zonnespectrum - horizontale banden - kleuren van de regenboog - vertikale streepjes (soms donkerder/breder)


4000 Å

8000 Å


De kleuren van de regenboog...

Karolien Lefever


6/40

De kleuren van de regenboog... (vervolg) Dualiteit van het licht “Licht” kan men op twee verschillende manieren interpreteren. Afhankelijk van wat men wil uitleggen gebruikt men de ene of de andere interpretatie... ●

●

Fotonen of lichtdeeltjes (emissie en absorptie)

Golven (beweging) Karakteristieke grootheden: - amplitude, - frequentie ν, - golflengte λ.

Karolien Lefever

Atoom (kern + elektronen) die een foton uitstuurt


7/40

De kleuren van de regenboog... (vervolg)

De golflengte λ (in Å of μm, resp. 10-10 en 10-6 m) wordt o.a. gebruikt om de soort straling die we observeren in categorieën onder te verdelen: categorie UV visueel licht IR

~ ~ ~

golflengterange

energie

kort (< 4000 Å) middellang (4000 - 7800 Å) lang (> 7800 Å)

hoog middelmatig laag

Straling bij een welbepaalde golflengte wordt gezien als “kleur” => kleuren van de regenboog... Karolien Lefever


8/40


De vertikale streepjes ... Fysica-uitstapje... de wetten van Kirchhoff (Duits natuurkundige -- 1824-1887)

WET 1: een dicht heet gas brengt een continue spectrum voort WET 2: een dun heet gas veroorzaakt een helder lijnenspectrum (emissielijnen) WET 3: een koud gas absorbeert licht van een lichtbron met een continue spectrum (absorptielijnen) Karolien Lefever


10/40

De vertikale streepjes ... (vervolg) Chemie-uitstapje... Moleculen kunnen uit één of meerdere atomen bestaan. Atomen kunnen zich in verschillende energietoestanden bevinden. Als atoom kunnen ze aanleiding geven tot absorptie- en emissielijnen.

HOE? Excitatie

atoom

Karolien Lefever

Deëxcitatie

Ionisatie

Recombinatie

Ook: geïnduceerd (cfr; laser)

atoom

Atoom -> ion + elektron Ion + elektron -> atoom/ion => continuumstraling


11/40

De vertikale streepjes ... (vervolg) Chemie-uitstapje... (vervolg) Dus... ●

●

Als een elektron van een hoger energieniveau naar een lager springt, zendt het atoom een foton uit met een energie gelijk aan het verschil in energie tussen de 2 energieniveau's. Analoog kan een atoom enkel een elektron van een lager naar een hoger energieniveau brengen als het een foton met de juiste energie kan absorberen (één met een andere energie kan dit niet)

Alleen welbepaalde golflengtes van fotonen kunnen door atomen geabsorbeerd en geëmitteerd worden... Karolien Lefever


12/40

De vertikale streepjes ... (vervolg) Terug thuis: de spectraallijnen... Definitie “spectraallijn”: Emissie of absorptie op een welbepaalde golflengte, veroorzaakt door een welbepaalde elektronenovergang binnen een atoom, molecule of ion. De donkere lijnen in een absorptiespectrum en de heldere lijnen in een emissiespectrum worden veroorzaakt door een overgang van een elektron van het ene energieniveau naar het andere... Het energieverschil tussen de niveau's bepaalt de energie van het uitgestraalde foton en bepaalt dus of het in het visueel, IR, UV, X-stralen of γ-stralen wordt waargenomen. Karolien Lefever


13/40

De vertikale streepjes ... (vervolg) Voorbeeld: het waterstofatoom H

energieniveau

Stijgende golflengte

Karolien Lefever

Herinner: hoger energieverschil = straling bij kleinere golflengte


14/40

De vertikale streepjes ... (vervolg) BESLUIT: Elk element absorbeert licht bij een bepaalde golflengte: Als dat element in de koele atmosfeer van de ster zit, dan zullen die atomen het licht op die welbepaalde golflengte absorberen en de lijn produceren.

Elk element heeft dus een specifieke “signatuur” (een specifieke set van lijnen)

Karolien Lefever


15/40

De vertikale streepjes ... (vervolg)

Klein kwisje... Welke elementen zitten in de steratmosfeer die het volgend spectrum oplevert?

Karolien Lefever


16/40

De vertikale streepjes ... (vervolg)

Of in het volgende?

Karolien Lefever


17/40

Het kleurenpalet van het elektromagnetisch spectrum ... Solar spectrum zonnespectrum - horizontale banden - kleuren van de regenboog - vertikale streepjes (soms donkerder/breder)

Hoe zien andere spectra er dan wel uit?

Het kleurenpalet van het elektromagnetisch spectrum ... Hoe zien andere spectra er dan wel uit?

Waarneming met het blote oog... Rigel Sirius Deneb Zon Aldebaran Betelgeuse

spectraal type blauw B8 Iab blauw-wit A1 V wit A2 Iae geel G2 V oranje-rood K5 III rood M2 Iab

Vanwaar dat verschil in kleur?

Karolien Lefever


19/40

Hoe zien andere spectra er dan wel uit? (vervolg) verschuivingswet van Wien:

Karolien Lefever

λmaxT = constant


20/40

Hoe zien andere spectra er dan wel uit? (vervolg)

Karolien Lefever


21/40


Indeling sterren volgens hun spectrum: spectraaltypes Afhankelijk van de oorspronkelijke massa en leeftijd van de ster is de temperatuur verschillend => verschillende spectra van licht:

Karolien Lefever


22/40


Spectraaltypes: O

Oh, Bv:

B

A

Be

A

Rigel

Sirius Deneb

(B8 Iab)

Karolien Lefever

(A1 V) (A2 Iae)

F

G

K

M

Fine Guy Kiss Me! Zon (G2 V)


Aldebaran Betelgeuse (K5 III)

(M2 Iab)

23/40


Spectraaltype... OBAFGKM onderverdeeld... bv; O9.5 Helderheidsklasse... Ia Ib II III IV V VI VII

Karolien Lefever

B0

A1

heldere superreuzen superreuzen heldere reuzen reuzen subreuzen dwergen subdwergen witte dwergen

F0

G3

K5

Rigel, Deneb, Betelgeuse Aldebaran Zon, Sirius


24/40


Het kleurenpalet van het elektromagnetisch spectrum ... Het fingerspitzengefühl van het reductieproces... Het aflezen van “karakter”eigenschappen via het spectrum...

Karolien Lefever


25/40

Van sterlicht tot spectrum...

?

Karolien Lefever


26/40

Van sterlicht tot spectrum... (vervolg) foto: Euler telescoop met CORALIE spectrograaf

Karolien Lefever


27/40

Van sterlicht tot spectrum... (vervolg) Ruwe CCD-beeldjes Echelle spectra: stellair beeldje

Karolien Lefever


28/40

Van sterlicht tot spectrum... (vervolg)

!!! NIET ZO VANZELFSPREKEND !!!

De verschillende stappen van het reductieproces:

Karolien Lefever

●

Correctie voor het nulniveau van de CCD

●

Correctie voor achtergrondstraling

●

Correctie voor de hemelbijdrage

●

Correctie voor de variatie in pixelgevoeligheid

●

Golflengtecalibratie

●

Ordes 'aaneenplakken'

●

Normering


29/40


Karolien Lefever


30/40


Karolien Lefever


31/40


Het kleurenpalet van het elektromagnetisch spectrum ... Het fingerspitzengefühl van het reductieproces... Het aflezen van “karakter”eigenschappen via het spectrum...

Karolien Lefever


32/44

Het aflezen van “karakter”eigenschappen uit het spectrum... Een spectrum vertelt heel veel over de ster waaruit het voortkomt... De uitdaging is er de informatie uithalen die je nodig hebt ...

WELKE INFORMATIE? Karakteristieken van de ster zelf Temperatuur Graviteit Straal Abondanties (He/Si)

Karolien Lefever

Karakteristieken van de sterrenwind Massaverlies Snelheidsverloop Snelheid oneindig ver weg van de ster


33/40

Effectieve temperatuur

Sterstraal

of

Windkarakteristieken

Effectieve graviteit

Het aflezen van “karakter”eigenschappen uit het spectrum...

HOE in het algemeen? Theoretische modellen Bevatten alle tot nu toe gekende theorie (fysica/chemie) over het inwendige van de sterren ... Voorspellen hoe het spectrum er zou moeten uitzien ...

Karolien Lefever


35/40

Het aflezen van “karakter”eigenschappen uit het spectrum...

HOE doe ik het? Code “FASTWIND” Voorspelt spectra voor de heetste sterren (spectraal type O, B en A) Grid van theoretische modellen: +/- 300 000 modellen koel → heet

temp.

windstil → briesje → storm

abondanties

graviteit

solair, metaalrijk, metaalarm

Massaverlies en windsnelheid

groot → klein

R* v∞

trage → snelle verandering in windsnelheid

dwergen → superreuzen hoge → lage grav. Karolien Lefever


36/40

Voorbeeld 1: Effectieve Temperatuur Theoretische spectraallijnen

Geobserveerde spectraallijnen

Flux

Si II 4128 – 4130

Teff = 16 000 K Teff = 18 000 K Teff = 20 000 K

Teff = 18000 K

Flux

Si III 4552- 4567 – 4574

Teff = 16 000 K Teff = 18 000 K Teff = 20 000 K

Karolien Lefever


37/40

Voorbeeld 2: Oppervlaktegraviteit – log g Theoretische spectraallijnen

flux

flux

Geobserveerde spectraallijnen

log g = 3.3 log g = 3.1, 3.3, 3.5 Karolien Lefever

log g = 3.1, 3.3, 3.5


38/40

Conclusie

Karolien Lefever


39/40

Bedankt voor uw aandacht !

Spectroscopie. ... de kunst van het lichtlezen... Karolien Lefever. u gebracht door. Instituut voor Sterrenkunde, K.U. Leuven

Recommend Documents