En rundvandring i rymden

Transkript

1 En rundvandring i rymden

2 Solen Vår närmsta och därmed bäst studerade stjärna. Solytan är ca 5700 grader varm, men den tunna gasen som omger solen (koronan) är över en miljon grader. Ett av världens bästa solteleskop är svenskt, och finns på La Palma. Montage av solen och koronan. Bild tagen av SOHO.

3 Andra stjärnor När vi observerar stjärnor ser vi att de lyser olika starkt, och har olika färg (bilden intill är artificiellt färglagd). Ljusstyrkan beror dels på att stjärnorna har olika temperatur (avgör färgen), och dels på deras storlek.

4 HR-diagrammet Om man gör en graf över ljusstyrka och temperatur (färg) för många stjärnor, visar sig tydliga grupper av stjärnor. De flesta stjärnor ligger i ett band som kallas huvudserien. Diagrammet ger information om de olika stjärntypernas liv.

5 Stjärnbildning I galaxen finns enorma gasmoln, och ur dessa kan stjärnor födas. Om gasen är tillräckligt tät, kommer gravitationen dra samman gasen mer och mer. Till slut är gasen så tät och het att väte kan slås samman till helium, och en stjärna har bildats. Ur samma gasmoln kan även planeter bildas.

6 ESO:s stora teleskop (8,2 meter i diameter) i Chile upptäcker ett planetsystem som just håller på att bildas. Avstånd: 500 ljusår. 6

7 Finns liv på andra planeter? Åtminstone finns det planeter kring andra solar (1783 st hittade hittills, april nästan dubbelt så många som för ett år sedan!) Keplersatelliten Keck-teleskopen Hawaii 7

8 8

9 Tiden på huvudserien Energin som utstrålas av en stjärna kommer från fusion av väte till helium. Det tar tiotusentals år för energin att nå ytan (en foton i solens inre färdas i snitt 1 cm innan den absorberas och emitteras igen). I de yttre lagren av solen sker transporten genom strömning, vilket gör att solytan ser ut att koka.

10 Stjärnors ålderdom Stjärnor som solen kastar sedan av sina yttre lager, som bildar planetariska nebulosor. Under vätefusionen byggs allt mer helium upp i stjärnans inre, och till slut börjar även detta att förbrännas. Stjärnan sväller då och blir en röd jätte.

11 Helix-nebulosan En stjärna av Solens storlek där kärnbränslet tagit slut. Den kastar därför ut materia från de yttre delarna (planetarisk nebulosa). Avstånd: 450 ljusår 11

12 Detaljer från utkanten av helixnebulosan. Färgsättning: syre = blått, väte = grönt, kväve = rött. 12

13 Vita dvärgar Kvar av stjärnan blir bara den enormt kompakta kärnan. En tesked har en massa av 5000 ton! En vit dvärg lyser bara för att den är varm, och kommer sakta att svalna.

14 Supernovor Massiva stjärnor slutar inte efter heliumförbränningen, utan bildar allt tyngre ämnen. Järn är det tyngsta som kan bildas, sedan kan inte mer energi utvinnas. Till slut kollapsar de inre delarna av stjärnan, och resultatet blir en enorm explosion - en supernova.

15 Supernovan 23 februari 1987: Den första som kunde ses med blotta ögat sedan Keplers och Brahes tid! De mystiska ringarna orsakas troligen av att värmen från supernovan hettar upp omgivande gas. 15

16 Neutronstjärnor och svarta hål Efter en supernova blir bara en liten del av den centrala stjärnan kvar. Om neutronstjärnan roterar kan den observeras som en pulsar, en stjärna med kraftiga, regelbundna pulser.

17 Kort sidospår - hur bildas grundämnen? Under de första tre minuterna efter Big Bang uppstod de lätta grundämnena: väte 76%, helium 24% och mycket små mängder deuterium och litium. Detta stämmer med observationerna av grundämneshalterna i universum nästan all synlig materia är i gasform (t ex Solen)! Mätningarna ligger inom detta band (innebär att genomsnittliga tätheten av vanlig materia är c:a 4 % av kritisk täthet ). Tyngre grundämnen (kol, kväve, syre, kalcium, järn,..) sätts ihop i det inre av stjärnor fusion Men de utgör bara någon procent av massan 17

18 Tyngre ämnen än järn kan inte bildas i stjärnor. En del bildas i supernovor. Ur gasen kan nya stjärnor och planeter bildas vi är alla gjorda av stjärnstoft! Var bildas guld? Ingen vet säkert, men kolliderande neutronstjärnor är en möjlighet, enligt beräkningar med hjälp av superdatorer.

19 Tillbaka till de exploderande stjärnorna...

20 Tillbaka till de exploderande stjärnorna...

21 Vad är ett svart hål? Definition: område i rymden med så intensiv gravitationskraft att inte någon elektromagnetisk strålning förmår tränga ut (SAOB) Radien för ett svart hål kallas händelsehorisont. Själva begreppet kom till 1967, men fenomenet diskuterades redan på Newtons tid. Mycket hög massa inom liten volym.

22

23 ~2 cm

24

25 ~6 km

26 Svarta hål är inte: Dammsugare

27 Svarta hål är inte: Detsamma som maskhål

28 Svarta hål - finns de? I teorin är de väldigt enkla objekt! Tre egenskaper: massa, laddning och rotation Hur kan vi studera något vi inte kan se?

29 Att verka utan att synas Massa påverkar sin omgivning. Måste finnas något i närheten. Kan bara se vad som händer utanför händelsehorisonten.

30 Att verka utan att synas De flesta stjärnor föds inte ensamma, utan har en annan stjärna i närheten. Stjärnorna kretsar kring varandra (ungefär som jorden och månen). Vad händer om ena stjärnan blir ett svart hål?

31 Cygnus X-1 Bilder: ESA/ECF samt NASA/SkyView

32 Svarta hål - hur vet vi? Strålning med mycket hög energi Ändrar sig snabbt (mycket mindre än en sekund) Massa? Stor massa inom litet område = svart hål

33 Till och med ett svart hål kan gapa för mycket Att falla in i ett svart hål är ett väldigt bra sätt att omvandla lägesenergi till rörelseenergi! Mycket materia - mycket energi! Strålningen kan hålla emot gravitationen. Över en viss gräns kan inte ens ett svart hål ta emot allt...

34 GRS Bilder: NRAO och D. Evans

35 SS433 Bilder: NRAO och NASA/CXC/M. Weiss

36 Svarta hål i olika storlekar Finns det bara små svarta hål, som bildats av stjärnor?

37 Galaxer

38 Sagittarius A* Bilder: NASA/CXC/MIT och MPE/VLT

39

40 Sagittarius A* Bilder: NASA/CXC/MIT och MPE/VLT

41 Sagittarius A* Bilder: NASA/CXC/MIT och MPE/VLT

42 Sagittarius A* Bilder: NASA/CXC/MIT och MPE/VLT

43 Keplers tre lagar (följer av Newtons teori för gravitationen): 1. Banan för en planet (eller komet) runt solen är en ellips med solen i ena brännpunkten. 2. En rät linje som förenar solen med planeten sveper ut lika areor under en given tid. 3. Kvadraten på omloppstiden för planeterna är proportionell mot kuben av medelavståndet från solen, T 2 ~ a 3 /M, där M är solens massa.

44 Keplers tredje lag: T 2 = 4π 2 a 3 /(GNM) där a är halva ellipsens längd. Avståndet till Galaxens centrum är ljusår gör att a kan uppskattas. Det ger att massan M är ungefär 3 miljoner solmassor!

45 Svarta hål i olika storlekar Svarta hål som bildas av stjärnor har en massa på några få (kanske 10 50) gånger solens. Objektet i Vintergatans centrum har flera miljoner gånger mer massa än solen. Supermassivt svart hål!

46 Centaurus A Bild: ESO/WFI; MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al.; NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al.

47 Tvärs över universum

48 CFHQS J miljarder ljusår bort! Bild: CFHQS

49 Det mörkaste har blivit det ljusaste!

50 Men...finns de? Kanske! Officiellt kallas de fortfarande för svarta håls-kandidater...

51 Utifrån den observerade materien i galaxer förväntar vi oss att banhastigeheten runt galaxcentrum minskar ju längre ut i galaxen vi kommer. Mörk materia Vid mätningar visar det sig att hastigheten är nästan konstant, vilket tyder på att det finns materia vi inte kan se: mörk materia.

52 Det storskaliga universum

53 Det storskaliga universum På större skalor finns galaxhopar, där många galaxer kretsar kring varandra. På de allra största skalorna är universum ganska homogent, men galaxerna bildar en bubbelstruktur med strängar och stora hålrum.

54 Hubbles lag

55 Big Bang-modellen

56 Universums expansion De senaste resultaten tyder på att expansionen inte saktar av, utan accelererar! För att förklara detta krävs något som motverkar gravitationen - mörk energi.

57 Mörk energi

58 Första blicken - Vad är det? - Det är stjärnor Han tittade länge Med djup förståelse Jag klamrade mig fast Vid hans lilla hand Var rädd att han skulle gå Och jag bli ensam kvar Vilsen i världsaltet Tomasz Jastrun, född 1950, Polen tolkning av Anders Bodegård