Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

AST1010 – En kosmisk reise Forelesning 15: Hvite dverger, nøytronstjerner og sorte hull.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "AST1010 – En kosmisk reise Forelesning 15: Hvite dverger, nøytronstjerner og sorte hull."— Utskrift av presentasjonen:

1 AST1010 – En kosmisk reise Forelesning 15: Hvite dverger, nøytronstjerner og sorte hull

2 Innhold Oppsummering av stjernedød Pauliprinsippet og degenererte gasser Hvite dverger, novaer og supernovaer av type Ia Nøytronstjerner og pulsarer Sorte hull i teori og praksis

3 Stjernedød i to varianter Lette stjerner (M < 8 solmasser): Når heliumfusjon i kjernen slutter, kastes gass av i flere omganger. Vi ender opp med en planetarisk tåke og en utbrent kjerne som består av karbon og oksygen. Tunge stjerner (M > 8 solmasser): Fusjon i kjernen fortsetter opp til jern etter at heliumfusjon slutter. Etter dette kollapser kjernen, sjokkbølge blåser av de ytre lagene i en supernovaeksplosjon. Kjernen ender opp som enten en nøytronstjerne eller et sort hull.

4 Pauliprinsippet og fermigasser Pauli: To identiske partikler med halvtallig spinn kan ikke være i samme (kvante)tilstand. I vår sammenheng: I en gass med elektroner eller nøytroner, kan ikke midlere bevegelsesenergi være lik null ved T=0.

5 En elektron/nøytrongass utøver et trykk ved T = 0! T > 0 T = 0

6

7

8 Hvite dverger er kompakte Eksempel: Hvit dverg med radius lik 10 4 km og samme masse som solen. Gjennomsnittstetthet = 5 x 10 8 kg/m 3 En Iphone laget av hvit dverg-stoff ville ha veid 25 tonn!

9 AST Stjernenes sluttstadier9 Nova Hercules 1934

10 10 Novamekanismen

11 Chandrasekhar-massen I hvite dverger balanseres tyngdekreftene av trykkgradienten i den degenererte elektrongassen. Men dersom massen blir for stor, klarer ikke elektrongassen å balansere tyngdekreftene. Øvre grense for hvor tung en hvit dverg kan være kalles Chandrasekhar-massen. Den er omtrent 1.4 solmasser.

12 Supernovaer av type Ia Samme masseoverføringsmekanisme som gir novaer kan bringe en hvit dverg over Chandrasekhargrensen. Vil begynne å kollapse, tetthet og temperatur vil øke, fusjon av karbon og oksygen antennes eksplosivt. Hele stjerna eksploderer, fusjonsbombe på 1.4 solmasser! Standard lyskilde: Kan brukes til å bestemme avstander. Godt synlige selv i fjerne galakser.

13 Hva er en nøytronstjerne?

14 Zwickys supernovarester

15 Nøytronstjerner er ekstremt kompakte Eksempel: Nøytronstjerne med radius lik 10 km, samme masse som solen. Gjennomsnittstetthet = 5 x kg/m 3 En Iphone laget av nøytronstjernestoff ville ha veid 2.5 x kg, ca. 30 ganger mer enn den samlede vekten av verdens befolkning!

16 Den første pulsaren 16

17 17

18 Forklaring? Så flere pulsarer, perioder i ms-s-området. Må være et kompakt objekt. Pulserende/roterende hvit dverg ville bli revet i biter av så raske pulser/rask rotasjon. Eneste mulighet: roterende nøytronstjerne. 18

19 AST Variable stjerner, pulsarer, sorte hull 19

20 20

21 21 Endring i perioden - glitch

22 Hulse og Taylors dobbeltpulsar

23

24 24

25 Sorte hull: En kort historikk John Michell (1783): ”Mørke stjerner” Karl Schwarzschild (1916): Løsning av GR for en kuleformet massefordeling. Inneholdt en singularitet. Einstein og Eddington (bl.a.) trodde ikke singulariteten ville forekomme i virkeligheten. Oppenheimer og Volkoff (1939): Øvre grense for nøytronstjernemasser. Oppenheimer og Snyder (1939): Beregnet hvordan implosjonen av en ustabil stjerne ville se ut utenfra. Fant at tiden ville stoppe ved Schwarzschildradien: ”frossen stjerne”. Teoretisk ”gullalder” på 50- og 60-tallet. Kerr-løsningen for et roterende sort hull, Newman-løsningen for et sort hull med ladning. Oppdagelsen av pulsarer i 1968 og av Cygnus X1 førte til at muligheten ble tatt alvorlig igjen. John Wheeler døpte de ”frosne stjernene” om til ”sorte hull”.

26 l26 ”Newtonske” sorte hull

27 Schwarzschildradien

28 To myter om sorte hull De er ”kosmiske støvsugere” eller ”superslurpere” som til sist vil suge til seg all masse i universet. Å falle inn i et sort hull er en smertefull død. Begge påstander er gale!

29

30 Stabile sirkelbaner rundt et sort hull

31 Å falle inn i et sort hull

32 Det er ikke tyngdekraften i seg selv som er farlig, men forskjellen i tyngdekraften på, for eksempel hodet og føttene. Newton: forskjell i tyngdekraft går som 1/R 3. Samme resultat i GR. Sorte hull: R=2GM/c 2. Det vil si: Jo større sort hull, desto lenger inn kan du falle før tidekreftene dreper deg.

33 Masse (Solmasser ) Radius (km) Falltid (s)”Au- radius” (R s ) ”Au-tid” (s) x x x x x x x x x x x x år!6 x

34 34 Sorte hull i ”alle” størrelser Supermassive sorte hull, 10 9 – M SOL i kjernene til aktive galakser. Mange galaksekjerner har sorte hull med masser M ~ 10 6 – 10 8 M SOL. Middels store sorte hull 10 2 – 10 4 M SOL. Sorte hull på noen få solmasser (mer enn 3xM SOL ) er rester etter supernovaer. Mikroskopiske sorte hull – M ~ 10 4 – 10 6 tonn kan ha blitt dannet i Big Bang – ”fordamper” - ikke påvist. Sorte hull har en endelig levetid.

35 Sorte hull kan stråle Hawking (1974): Kvantefysiske effekter nær horisonten fører til at sorte hull kan sende ut stråling. Samtidig mister de masse, svarende til energien til den utsendte strålingen. Sorte hull vil derfor fordampe! Men: Levetiden er ekstremt lang i normale tilfeller.

36 Informasjonsparadokset Hawkingstrålingen er av sort legeme-type. Forteller derfor bare om temperaturen. Informasjon om materien som var utgangspunktet for det sorte hullet, og om partikler som har falt inn i det, ser ut til å gå tapt. Dette er i strid med kvantefysikken. Mange mener det finnes en løsning, men det er ingen enighet om nøyaktig hva den er.

37

38 M (Solmasser) R s (km)T (K)Levetid / universets alder x x x x x x x x x x x x

39 Sorte hull roterer

40 Neste forelesning: Eksoplaneter og leting etter liv


Laste ned ppt "AST1010 – En kosmisk reise Forelesning 15: Hvite dverger, nøytronstjerner og sorte hull."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google