Översiktskurs i astronomi Lektion 7: Solens och stjärnornas energiproduktion samt utveckling

Relevanta dokument
Översiktskurs i astronomi Lektion 7: Solens och stjärnornas energiproduktion samt utveckling

Orienteringskurs i astronomi Föreläsning 5,

Solens energi alstras genom fusionsreaktioner

Från nebulosor till svarta hål stjärnors födelse, liv och död

Stjärnors struktur och utveckling Ulf Torkelsson

Stjärnors död samt neutronstjärnor. Planetära nebulosan NGC (New General Catalogue) Kattöganebulosan

Universums tidskalor - från stjärnor till galaxer

Mätning av stjärnors avstånd:

LÖSNING TILL TENTAMEN I STJÄRNORNA OCH VINTERGATAN, ASF010

En rundvandring i rymden

Stjärnors födslar och död

Introduktion. Stjärnor bildas, producerar energi, upphör producera energi = stjärnor föds, lever och dör.

Astronomi. Vetenskapen om himlakropparna och universum

Till exempel om vi tar den första kol atomen, så har den: 6 protoner, 12 6=6 neutroner, 6 elektroner; atommassan är också 6 men masstalet är 12!

Vilken av dessa nivåer i väte har lägst energi?

Varje uppgift ger maximalt 3 poäng. För godkänt krävs minst 8,5 poäng och

Instuderingsfrågor Atomfysik

Från atomkärnor till neutronstjärnor Christoph Bargholtz

2. Hur många elektroner får det plats i K, L och M skal?

Inspirationsdag i astronomi. Innehåll. Centret för livslångt lärande vid Åbo Akademi Vasa, 24 mars 2011

Varifrån kommer grundämnena på jorden och i universum? Tom Lönnroth Institutionen för fysik, Åbo Akademi, Finland

Vår närmaste stjärna - Solen

Översiktskurs i astronomi

Översiktskurs i astronomi Lektion 4: Atomer och spektra

2 H (deuterium), 3 H (tritium)

Fysik 1 kapitel 6 och framåt, olika begrepp.

Upplägg. Big Bang. Rekombinationen I. Översiktskurs i astronomi Lektion 12: Universums barndom och framtid. Ett strå. strålningsdominerat universum

Orienteringskurs i astronomi Föreläsning 1, Bengt Edvardsson

Stjärnors spektralklasser; dubbelstjärnor Ulf Torkelsson

Problemsamling. Peter Wintoft Institutet för rymdfysik Scheelevägen Lund

Atomens historia. Slutet av 1800-talet trodde man att man hade en fullständig bild av alla fysikaliska fenomen.

Kosmologi - läran om det allra största:

Orienteringskurs i astronomi Föreläsning 6, Bengt Edvardsson

Allt börjar... Big Bang. Population III-stjärnor. Supernova-explosioner. Stjärnor bildas

ATOM OCH KÄRNFYSIK. Masstal - anger antal protoner och neutroner i atomkärnan. Atomnummer - anger hur många protoner det är i atomkärnan.

Materia Sammanfattning. Materia

Atom- och Kärnfysik. Namn: Mentor: Datum:

Upplägg. Översiktskurs i astronomi Lektion 9: Stjä. födelse och dö. Stoftslöja Gas. närbild. Orionnebulosan i nä. Orionnebulosan. Vad bestå. av?

Instuderingsfrågor i astronomi Svaren finns i föreläsningarna eller i kursboken

Astronomi. Hästhuvudnebulosan. Neil Armstrong rymdresenär.

Till alla övningar finns facit. För de övningar som är markerade med * finns dessutom lösningar som du hittar efter facit!

Framtidens Energi: Fusion. William Öman, EE1c, El och Energi linjen, Kaplanskolan, Skellefteå

Gull! Astrofysikk, kärnfysik, kvantmekanik og relativitetsteori i vardagen? Jonas Persson Institutt for Fysikk, NTNU

Solen och andra stjärnor 24 juli Stefan Larsson. Mer kap 3 Stjärnors egenskaper

Fysik, atom- och kärnfysik

Hertzsprung-Russell-diagrammet Ulf Torkelsson

Innehållsförteckning. Historik utvinning energiomvandling Miljö användning framtid

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin Föreläsning 13 Kärnfysik 2 den 4 maj Föreläsning 13.

ämnen omkring oss bildspel ny.notebook October 06, 2014 Ämnen omkring oss

KEMI 1 MÄNNISKANS KEMI OCH KEMIN I LIVSMILJÖ

Orienteringskurs i astronomi Föreläsning 4,

Materien. Vad är materia? Atomer. Grundämnen. Molekyler

Översiktskurs i astronomi Våren Formell information I. Formell information II. Formell information IV. Formell information III

Atomens uppbyggnad. Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (+) Elektroner (-) Neutroner (neutral)

Kärnenergi. Kärnkraft

Kan vi göra prognoser för solens aktivitet? Resultat från forskning i stjärnors magnetiska aktivitet

Solsystemet. Lektion 15 (kap 7-8)

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin 13. Kärnfysik Föreläsning 13. Kärnfysik 2

6. Värme, värmekapacitet, specifik värmekapacitet (s )

Räkneövning 5 hösten 2014

Räkneövning 2 hösten 2014

Kosmologi. Universums utveckling. MN Institutionen för astronomi. Av rättighetsskäl är de flesta bilder från Wikipedia, om inte annat anges

Ska vi vara rädda för solen?

Översiktskurs i astronomi Hösten 2009

Edwin Hubbles stora upptäckt 1929

Kardashev typ I. Upplägg. Kardashev typ II. Davies: kapitel 7-8. Kardashev-skalan. Kardashev typ III

Molekyler och molekylmodeller. En modell av strukturen hos is, fruset vatten

VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra KEMINS GRUNDER

Allmän rymdfysik. Plasma Magnetosfärer Solen och solväder. Karin Ågren Rymdfysik och rymdteknik

VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra KEMINS GRUNDER

Stjärnorna och deras utveckling

Sammanfattning av räkneövning 1 i Ingenjörsmetodik för ME1 och IT1. SI-enheter (MKSA)

Atomen - Periodiska systemet. Kap 3 Att ordna materian

Vad är allt uppbyggt av?

Kärnenergi. Kärnkraft

Periodiska systemet. Atomens delar och kemiska bindningar

8. Atomfysik - flerelektronatomer

Grundläggande Kemi 1

Det mesta är blandningar

ETE331 Framtidens miljöteknik

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin 12. Kärnfysik Kärnfysik 1

Atomens uppbyggnad. Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (+) Elektroner (-) Neutroner (neutral)

Marie Curie, kärnfysiker, Atomfysik. Heliumatom. Partikelacceleratorn i Cern, Schweiz.

Introduktion till det periodiska systemet. Niklas Dahrén

Problemsamling. Geofysik inom Geovetenskap Planeten Jorden 30 hp. (delkurs: Berggrunden och Livets Utveckling 10 hp) Uppsala universitet

- kan solens energikälla bemästras på jorden?

CO i en spiralgalax. Vintergatans spiralmö. Vintergatans uppbyggnad. Spiralgalaxen M 83. fördelning i Vintergatan. Den neutrala vä.

ATOMER OCH ATOMMODELLEN. Lärare: Jimmy Pettersson

Översiktskurs i astronomi Lektion 6: Planetsystem forts. Solsystemet I: Banor. Solsystemet II: Banplanet

Solsystemets uppkomst II Proplyder En central fö

ETE331 Framtidens miljöteknik

Inför solfäcksmaximet : Kortkort om olika sorters solaktiviteter

Universum en resa genom kosmos. Jämförande planetologi. Uppkomsten av solsystem

Fråga 1. Tipstolva Berzeliusdagarna 2019 Tema periodiska systemet och grundämnen

Översiktskurs i astronomi Lektion 8: Mer om stjärnor. Helium-flash. Harvardklassifikationen. rntyper: O, B, A, F, G, K, M (R, N, S, L, T) Stjärntyper

Astrofysikaliska räkneövningar

Regeringskansliet Faktapromemoria 2016/17:FPM116. Meddelande om EU:s bidrag till ett reformerat Iterprojekt. Dokumentbeteckning.

CO i en spiralgalax. Vintergatans spiralmönster. Vintergatans uppbyggnad. Spiralgalaxen M 83. Den neutrala vätgasens v. fördelning f Vintergatan

Materia och aggregationsformer. Niklas Dahrén

Tentamen Relativitetsteori , 22/8 2015

Transkript:

Översiktskurs i astronomi Lektion 7: Solens och stjärnornas energiproduktion samt utveckling Upplägg Energiprocesser i stjärnor Energitransport i stjärnor Solens uppbyggnad Solfläckar Solliknande stjärnors utveckling Huvudserien Röda jättegrenenj Helium-flash Horistontalgrenen Asymptotiska jättegrenenj Planetarisk nebulosa / vit dvärg Utvecklingen för f r mer massiva stjärnor Solen är r en stjärna Sammanfattning av solens egenskaper: I kärnan k är r temperaturen ca. 16 miljoner Kelvin (1K= -272 grader C). Temperaturen är r sås hög g att termonukleära ra fusionsprocesser startar d.v.s. lättare l atomkärnor slår r ihop sig till tyngre. Tre termonukleära ra fusionsprocesser Proton-proton kedjan (sid( 304): Väte (H)( ) omvandlas till helium (He( He) ) plus energi. Nettoreaktion: 4 1 H 1 2 He 4 + energi. Effektiv för f temperaturer T c 10-16 16 miljoner K. I solen omvandlas främst väte v (H)( ) till helium ( 2 He 4 ). 600 miljoner ton väte v omvandlas till helium varje sekund.. 4,2 miljoner ton omvandlas till energi (E= mc 2 enligt Einstein) och motsvarar 3,86 10 26 W. Vid solens yta (fotosfären) är r temperaturen bara ca. 6000K. Tre termonukleära ra fusionsprocesser CNO-cykeln: OBS! Kräver att kol redan finns närvarande. n Bygger: 7 N, 8 O, 9 F... (d.v.s. kväve, ve, syre, fluor osv.). T c 10-20 miljoner K. Trippel-alfa (3-α) ) processen (sid( 364-365): 365): Totalt tre 2 He 4 -kärnor (α-partiklar)( bygger upp t.ex.: 6 C 12, 8 O 16, 10 Ne 20, 12 Mg 24 (d.v.s. kol, syre, neon och magnesium). T c 100 miljoner K. Energitransport i stjärnor Energin som alstras i stjärnors inre transporteras till ytan påp tre olika sätt: s Ledning (i t.ex. vita dvärgar). Strålning Konvektion (uppstår r vid stora temperaturskillnader mellan närliggande n vertikala skikt i stjärnor. Energin bubblar upp mot ytan). 1

Solen Solens yttre bestå består av tre skikt Solen bestå består av tre zoner: Inifrå Inifrån och ut: Termonukleä Termonukleära kä kärnan (frå (från 0 till 0,25R ) Strå Strålningszonen (frå (från 0,25 till 0,75 R ) Konvektiva skalet (frå (från 0,75 till 1 R ) Fotosfä Fotosfären (tjocklek 300 km, T 6000 K) Kromosfä Kromosfären ( ( 2000 km, 10000 K) Koronan ( ( 106 km, 106 K) Fotosfä Fotosfären Kromosfä Kromosfären Kromosfä Kromosfären ( ( 2000 km, 10000 K) Fotosfä Fotosfären (tjocklek 300 km, T 6000 K) Koronan Solen i andra vå våglä glängdsband Koronan ( ( 106 km, 106 K) UV vid 195 Å (SOHO) Solvind Röntgen (Skylab) Skylab) Prominens eller Protuberans 2

Solfläckar och solfläckscykeln Solfläckar och solfläckscykeln Fjärilsdiagram Solfläckarnas 22- års cykel latitud Solfläckar och solfläckscykeln Babcocks magnetdynamiska modell: Solfläckarna (och stjärnfl rnfläckarna!) bildas därd magnetfälten bryter genom ytan. De är r mörkare m eftersom temperaturen är r lägre l i dessa områden. Koronans höga h temperatur Tros uppkomma genom elektriska urladdningar dåd magnetfältslinjerna kommer för r nära n varandra. En stjärnas inre: Hydrostatisk jämviktj En sollik stjärnas utveckling Hydrostatisk jämvikt råder om tryckkraften balanserar gravitationskraften Fotosfären Kring kärnan finns skalet som har varierande tjocklek Strålningstryck samt gastryck från termonukleära fusionsprocesser i kärnan Kärnan Det pågår hela tiden en kamp mellan utåtriktad tryckkraft och inåtriktad gravitationskraft 3

Ideala gaslagen P = kρt µ H P = Gasens tryck ρ = Gasens densitet T = Gasens temperatur k = Boltzmanns konstant µ = Medelmolekylvikten H = Atomisk massenhet vätekärnans massa Kemisk sammansättning X = Viktandel väte Y = Viktandel helium Z = Viktandel av grundämnen med högre atomtal än helium ( Metaller( Metaller ) Mängden H och He i kärnan, k dåd och nu Huvudserien I En stjärna tillbringar ungefär 90% av sin livstid påp huvud- serien. Under denna fas förflyttar f sig stjärnan sakta uppåt längs huvudserien. Hertzsprung-Russel Russel-diagrammet (ofta HR-diagrammet diagrammet) Huvudserien II Vandringen uppåt t längsl huvudserien beror påp att H omvandlas till He. Luminositet Medelmolekylvikten (µ)( ökar då och det gastryck (P g ) kärnan utövar minskar enligt ideala gaslagen (P g 1/ 1/µ). Hög Teff Låg Teff Kärnan trycks ihop och hettas upp och fusionsprocesserna snabbas upp. 4

När vätet tar slut När r vätet v i kärnan k börjar b ta slut sänks s energiproduktionen Den hydrodynamiska jämvikten rubbas och kärnan (nu nästan n enbart He) ) pressas samman av stjärnans egen tyngd När vätet tar slut Kärnan blir sås het att förbränning av H startar i ett skal runt kärnan. k Stjärnan lämnar l huvudserien och rör r r sig uppför r röda r jättegrenen. j Röda jättegrenen I och med att H tagit slut i kärnan och att skalförbr rbränning av H gjort kärnan allt tyngre, kontraherar den allt mer, vilket ökar temperaturen ytterligare. Skalet expanderar Stjärnan blir större (jätte) Högre luminositet & lägre temperatur Helium-flash När r temperaturen nått n ca 10 8 K startar Heförbränning i kärnan k (3-α processen). För r stjärnor med M< 2-32 3 M inleds detta med en He-flash flash. Helium-flash II Ideala gaslagen slutar att gälla. Temperaturen kan stiga okontrollerat utan att trycket påverkas. p Halva mängden m helium i kärnan omvandlas till kol på ca 10 s Energin motsvarande ca 1 miljard stärnor av solens typ utsänds Horisontalgrenen Vid högre h temperatur blir gasen ideal igen. Kärnan expanderar och kyls, energiproduktionen minskar och stjärnan rör r sig utefter horisontalgrenen. 5

Asymptotiska jättegrenen Till slut tar He slut i kärnan och samma procedur upprepas. Skalförbr rbränning av He gör stjärnan röd r d och för f r den uppför r asymptotiska jättegrenen där d även skalförbr rbränning av H fortsätter. tter. Planetarisk nebulosa / Vit dvärg För r en stjärna av solens massa är r slutet nu nära. n Den blir inte tillräckligt het i kärnan k för f r att kol ska börja b förbrf rbrännas via CNO-cykeln cykeln. Planetarisk nebulosa / Vit dvärg II Planetarisk nebulosa / Vit dvärg III Stjärnan blir instabil och genomgår r en fas av termiska pulser innan den kastar ut sina ytterdelar. Gasen som kastas ut kallas planetarisk nebulosa. Kärnan benämns nu vit dvärg. Planetarisk nebulosa Vita dvärgar Livstider påp huvudserien (sid( 360) Sambandet mellan massa och livstid på huvudserien Massa (M( ) 25 15 3 1.5 1.0 (Solen) 0.75 0.50 T eff (K) 35 000 30 000 11 000 7000 6000 5000 4000 Luminositet (L ) 80 000 10 000 60 5 1 0.5 0.03 Tid (i 10 6 år) 3 15 500 3000 10 000 15 000 200 000 t 1 2.5 Μ 6

Utvecklingen för f r mer massiva stjärnor I Stjärnor med högre h huvudseriemassor än solens blir hetare i kärnan. k Partiklarna har högre h rörelseenergi relseenergi atomkärnornas Coulomb- krafter kan övervinnas och tyngre atomkärnor kan genomgå fusion. Gränsen går g r vid 26 Fe 56 som är r en stabil isotop, så starkt bunden att ingen mer energi kan utvinnas. Utvecklingen för f r mer massiva stjärnor II Högmassiva stjärnor rör r r sig nästan horisontellt i HR- diagrammet efter huvudserien. Orsak? Konvektiv kärna k Snabb blandning av grundämnena som snabbt förbrf rbränns Snabb utveckling, T eff minskar Lägre luminositet. Kompenseras av större radie (R( eff ) Högre luminositet (L=4πσ πσr 2 T eff4 ). Ett typiskt HR-diagram Massiva stjärnor kan explodera som supernovor Luminositet Yttemperatur 7