Sterren en sterevolutie Edwin Mathlener
Kosmische raadselen? • Breng ze in voor de laatste les! • Mail uw vragen naar
[email protected], o.v.v. Sonnenborghcursus. • Uw vragen komen dan terug in de laatste les:“Kosmische raadselen”. • Vragen mogen over alle onderwerpen gaan, dus niet alleen over sterren.
Poolster
Grote Beer
100 000 lichtjaar
convectiezone
stralingszone kern 15 miljoen graden
fotosfeer 6000 graden
Kernfusie
protonprotoncyclus E=mc2
Kernfusie
CNO-cyclus
Zichtbare kenmerken van sterren • Kleur • Helderheid
Kleur • Kleur: indicatie voor oppervlakte temperatuur • Rood is koel (4000 K) • Geel is gemiddeld (6000 K) • Blauw is heet (8000 K en meer)
Wet van Wien Planckfunctie
Helderheid • Ons oog onderscheidt grootteklassen: magnituden • Eén magnitude = factor 2,5 • Magnitude 1 -- helder • Magnitude 6 -- zwakst • Schaal uitgebreid naar boven en beneden en wiskundig onderbouwd:
m1 - m2 = 2.5 log (l2/l1)
Absolute helderheid • Helderheid van sterren afhankelijk van afstand. • Sterren objectief vergelijken door ze op dezelfde afstand te plaatsen:
10 parsec = 32 lichtjaar
→ absolute helderheid
M = m + 5 - 5 log d
Afstandsbepaling • Door parallax:
1 boogseconde →
1 parsec = 3,2 lichtjaar • Voor verdere afstanden afgeleide technieken.
Massa van sterren • Via dubbelsterren:
uit periode, snelheiden en afstanden m.b.v. zwaartekrachtwetten van Newton. • Massa van sterren bepalend voor levensloop.
Spectroscopie Gloeiende lichtbron
Prisma
Spleet Continu spectrum
Pickerings ‘harem’
Analyse van sterlicht leert ons: • Samenstelling (soort lijnen) • Temperatuur (soort lijnen) • Type ster (reus of dwerg) (breedte lijnen) • Magneetveld (verdubbeling lijnen -Zeemaneffect)
Kleur-Helderheidsdiagram
Hertzsprung-Russelldiagram • Vergelijk sterren objectief door kleur en (absolute) helderheid in diagram te plaatsen. • Kleur ~ temperatuur ~ spectraaltype • Absolute helderheid ~ lichtkracht
O B A
HRD tot 100 pc
F
G
K
M
spectraaltype temperatuur Ia
superreuzen Ib
reuzen
lichtkracht
IV subreuzen
V hoofdreeks
witte dwergen
kleurindex
II III helderheid (magnitude)
heldere reuzen
O B A
20 helderste sterren
F
G
K
M
spectraaltype temperatuur
Deneb Rigel β Crucis
Betelgeuze Antares
β Centauri Spica
Achernar Canopus Capella
Regulus
Aldebaran
Wega Fomalhaut Sirius Altair
Pollux Procyon α Centauri
zon
Ster van Barnard
kleurindex
helderheid (magnitude)
lichtkracht
Arcturus
O B A
F
G
K
M
spectraaltype temperatuur
zeer groot
Diameters van sterren
lichtkracht
100 ๏
10 ๏
1๏
zeer klein
0,01 ๏ kleurindex
0,1 ๏
helderheid (magnitude)
1000 ๏
O B A
massalichtkracht relatie
F
G
K
M
spectraaltype temperatuur
20 M๏
helderheid (magnitude)
10 M๏
lichtkracht
2 M๏ 1,5 M๏ 1 M๏
0,5 M๏
0,1 M๏
kleurindex
Orionnevel
Proplyds
M16
HH 901 and HH 902 in Carina-nevel
NGC 346 in Kleine Magelhaense Wolk
a) donkere wolk
b) gravitationele collaps
c) protoster bipolaire uitstroom
omhulling
schijf
dichte kern ⇤ 200.000 AE ⇥
d) T Tauri-ster bipolaire uitstroom
centrale ster 100.000 tot ⇥ 3.000.000 jaar
⇤ 10.000 AE ⇥
e) pre-hoofdreeksster
100 AE
⇤
500 AE
100 AE
10.000 tot 100.000 jaar
centrale ster
3.000.000 tot 50.000.000 jaar ⇤
⇥
f) jong stersysteem
planetaire puinschijf
protoplanetaire schijf
⇤
tijd = 0
⇥
⇤
50 AE
planetenstelsel na ⇥ 50.000.000 jaar
Hoe lang stralen sterren? • De zon: ~ 10 miljard jaar • Grotere massa, dan ook veel helderder!
Voorbeeld: • 2 x zwaarder → 15 x helderder • Resultaat: leeft ruim 7 x korter
O B A
levensduur
F
G
K
M
spectraaltype temperatuur
20 M๏
miljoenen jaar
lichtkracht
2 M๏ 1,5 M๏ 1 M๏
10 miljard jaar 0,5 M๏
0,1 M๏
100 miljard jaar
kleurindex
helderheid (magnitude)
10 M๏
Stabiele sterren in evenwicht Gewicht kolom materie
Tegendruk sterrengas
zware stoffen zakken naar beneden
waterstof olie helium water
Waterstof Helium Koolstof, stikstof,
zuurstof
Triple-alpha proces
Rode reus: He-fusie in kern
Asymptotische reus (AGBster): He-fusie in schil om koolstof kern
Lichtkracht
AG B
Lichte en zware sterren • ‘Licht’ tot ca. 8 zonsmassa • Blaast buitenlagen geleidelijk weg:
planetaire nevel • Verrijkt interstallair gas met C, N, O • Kern blijft achter als witte dwerg (lichter dan 1,4 zonsmassa)
• ‘Zwaar’ boven 8 zonsmassa • Eindigt als supernova!
Ei-nevel Ei-nevel(WFC3 (CRL 2688) zichtbaar licht en IR)
Witte dwerg • Compacte ster: typisch ~ diameter aarde,
~ 1 zonsmassa • Gedegenereerde (ontaarde) materie • Snelbewegende elektronen leveren tegendruk tegen zwaartekracht • Chandrasekhar limiet: 1,4 zonsmassa
Supernova Type 1a Witte dwerg die te zwaar wordt explodeert als super kernbom
Tycho, 1572
Chandra en Spitzer
Hubble, WFPC2
Supernova II (Ib,Ic) • • • •
Exploderende zware reuzenster Vormt neutronenster of zwart gat Weggeblazen buitenlagen rijk aan zware elementen Nog zwaardere elementen worden gevormd
tijdens explosie door invang van neutronen
• Alle zwaardere elementen zijn ooit gevormd in sterren • Wij bestaan uit sterrenstof!
Supernova 1054
SN 1987A
2010
Vragen? • Stel ze nu... of • Mail uw vragen naar
[email protected], o.v.v. Sonnenborghcursus. Uw vragen komen dan terug in de laatste les: “Kosmische raadselen”. Vragen mogen over alle onderwerpen gaan, dus niet alleen over sterren. Bekijk deze presentatie nogmaals via: www.sonnenborgh.nl/cursus
