Stjärnutveckling. repris

Transkript

1 Stjärnutveckling i repris

2

3 OH maser Mikrovågsstrålning från OH molekyler. Strålningen uppkommer i ett skal runt stjärnan och är förstärkt genom maserverkan (ekvivalent med laser men i mikrovågsområdet.)

4 Principen för en maser. För maserverkan krävs en inverterad population, dvs fler molekyler i det övre energitillståndet än i det undre. När en foton med rätt energi passerar kan den stimulera en övergång, absorption om molekylen är i det undre tillståndet eller emission om molekylen är i det övre tillståndet. Om de flesta molekylerna är i det övre tillståndet dominerar stimulerad emission framför absorption. Alltså förstärks strålningen.

5

6 Emission av linjespektrum från planetariska nebulosor. UV strålning Photojonisation Rekombination Strålning Förbjudna övergångar

7

8 Vita dvärgar

9

10 The burned-out core of a low-mass star cools and contracts until it becomes a white dwarf No further nuclear reactions. Degenerate. Size = Earth Thermal radiation from remaining heat.

11 Common but hard to detect White dwarfs Though the hottest ones really are white, they have a range of temperatures and therefore colours. The central temperature of Sirius B is estimated to be ~7.6x10 7 K.

12 Field White Dwarfs Identified by large proper motion yet faint object Blue Objects (found in quasar surveys) Very Hot objects, X-ray emitting.

13 Theoretical cooling of white dwarfs

14

15 Sirius B I röntgen är vita dvärgen, Sirius B starkare än Sirius A. Sirius B har en yttemperatur på 27,000 K, nästan tre gånger högre än Sirius A. Samtidigt är luminositeten låg. Sirius B måste alltså vara mycket liten. Enligt Stefan-Boltsmanns lag är radien ungefär en 100-del av solens. Densiteten är en miljon gånger solens. Gravitationen vid ytan är enorm. Spektrallinjerna är mycket breda (p.g.a. tryckbreddning) och något rödförskjutna (gravitationell rödförskjutning!) Den tunna fotosfären där spektret uppkommer består oftast av väte och/eller helium. Stjärnans inre består av C-O (eller O-Ne-Mg från mer massiva ursprungsstjärnor) Blått kontinuumspektrum med breda väteabsorptionslinjer.

16

17 Spectroscopic Features: A few comments Strong gravity of white dwarfs result in rapid settling of elements e.g. Hydrogen always rises to the top and can mask other elements

18 Spectroscopic Classification DA, strong Hydrogen lines DB, strong He I lines DO, strong He II lines DC, no strong lines ( continuous ) spectrum DZ, strong metal lines (excluding carbon) DQ, strong carbon lines Examples of DA white dwarf spectra

19 Determination of Mass (for non-binaries) Spectroscopic Method: Line (Hydrogen) width is sensitive to pressure which is proportional to gravity g = GM/R 2 (Mass-Radius relation -> M) Photometric Method: Broad-band photometry fitted to black body yields T eff and angular size Combine with parallax to get radius R Use Mass-Radius relation to derive Mass

20 Example of spectroscopic mass determination for a white dwarf. In general less accurate than orbital masses.

21 Masses of White Dwarfs

22 Mass-Volume Relation Calculate the relationship between mass and volume for a completely degenerate star of constant density. MV = constant More massive stars are smaller. Electrons must be more closely packed in more massive stars, for degeneracy to provide sufficient pressure. Clearly a problem here because if you keep piling mass on it s volume must go to zero. The derivation ignored relativity, and at high enough densities the velocities of the electrons approach the speed of light.

23

24 Mass-Radie relationen Icke-relativistiskt: Fowler Relativistiskt: Chandrasekhar Max massa: Chandrasekharmassan 1,4 solmassor 1935: konfrontation med Eddington Chandrasekhar fick nobelpriset i fysik 1983: for his theoretical studies of the physical processes of importance to the structure and evolution of the stars.

25 Mass-Radius Relationship of Cold Bodies R (km) planets Jupiter White Dwarfs R M 1/3 M Ch 3 10 R M moons 1/ asteroids M (kg)

26

27 Växelverkande dubbelstjärnor

28

29 Mass transfer can affect the evolution of close binary star systems Mass transfer in a close binary system occurs when one star in a close binary overflows its Roche lobe

30 Gas flowing from one star to the other passes across the inner Lagrangian point

31

32

33

34 This mass transfer can affect the evolutionary history of the stars that make up the binary system

35

36 Utveckling till röd jätte startar massöverföring.

37 Kataklysmisk variabel (= massöverföring till en vit dvärg) Här drivs massöverföringen av att Rochloben krymper! Banan krymper, stjärnorna kommer närmare varandra därför att de förlorar rörelsemändsmoment (mvr) genom 1. magnetisk bromsning (magnetiskt kopplad stjärnvind) eller 2. gravitationsstrålning

38 När gasen rör sig inåt i ackretionsskivan omvandlas dess gravitationella potentiella energi till kinetisk energi (omloppshastigheten) och termisk energi (skivan blir varm och lyser). Linjestrålning från skivans båda sidar är blå resp rödförskjutna. Det resulterar i en horn -formad spektrallinje.

39

40 Dvärgnovor: Utbrott med veckor till månaders mellanrum. Orsakas av att massflödet genom ackretionsskivan plötsligt ökar. (Instabilitet som gör att viskositeten ökar).

41 Nova Explosiv kärnförbränning av materia (väte) som strömmat över till en vit dvärg.

42

43

44 Ungefär 5% av vita dvärgarna har starka magnetfält. Upp till 10 9 gauss. Magnetfältet kan bestämmas från Zeeman-uppspaltningen av spektrallinjerna Separation gives B=13.8MG

45

46

47 Intermediate polar, IP (or DQ Her system)

48 Polar (AM Her objekt)

49

50 Mjuk röntgenstrålning (< 2keV) (svartkroppsstrålning) från det upphettade ytan. Hård röntgenstrålning (>2keV) (bromsstrålning) från hett plasma i ackretionskolumnen Bromsstrålning: Energin på den emitterade fotonen beror på elektronens hastighet, dvs temperaturen i plasmat (röntgen när temperaturen är mer än 1 miljon K.

51 Cirkulärpolariserad strålning Cyklotronstrålning e - Linjärpolariserad strålning Magn. fält

52 Linjärpolarisation över två rotationsperioder. Polarisationsvinkel Cirkulärpolarisation över två rotationsperioder.

53 That s it!