14.1 Wellenlaengen und Teleskope14.2 Keplergesetze
14.3 Strahlungsgroessen14.4 Sternklassifikationen, Hauptreihe & weitere Parameter14.5 Sternaufbau
14.6 Interstellares Medium und Sternentstehung
14.7 Sternentwicklung
Themen heute
Die dunkle Seite der Astronomie
Optisch NahesInfrarot
1.2 mm Staubkontinuum C18O N2H+
Aufloesung eines TeleskopsBeugung an Kreisoeffnung: Airy-Scheibe (1835)
rAiry= m * fλ/D
f: FokuslaengeD: Teleskopdurchmesserφ: Aufloesung
àIm Fokus: φ = m * λ/D
Mit m=1.22 im 1. Minimum m=1.64 im 2. Maximum
Beispiele:Optisch: λ=550nm, D=8m à φ=0.02’’ Mitinfrarot: λ=12µm, D=8m à φ=0.38’’ Radio: λ=1.2cm, D=100m à φ=38’’Radio Interferometer: λ=1.2cm, D=10km à φ=0.3’’
Szintillation und Seeing
- Aufsteigende Blasen, sich verschiebende Schichten der Atmosphaere koennen schnelle Bewegungen und Helligkeitsaenderungen bewirken
à Das Seeing ist definiert durch die Halbwertsbreite des Bildes einer Punktquelle
Oftmals Seeing im Optischen 1-2’’. Beste Standorte Hawaii, Chile mit Seeing von ca. 0.5’’ ueber 50% der Zeit. Optimal ca. 0.25’’.
Bei kurzer Belichtung wandert Quelle.
Ohne und mitaktiver Optik
Aufloesung eines Interferometers λ/(2D), wobei D nun der Abstand der Antennen ist (Minimum eines klassischenDoppelspaltexperiments).
14.1 Wellenlaengen und Teleskope14.2 Keplergesetze
14.3 Strahlungsgroessen14.4 Sternklassifikationen, Hauptreihe & weitere Parameter14.5 Sternaufbau
14.6 Interstellares Medium und Sternentstehung
14.7 Sternentwicklung
Themen heute
Keplergesetze
1.) Die Koerper bewegen sich relativ zur Sonne in Ellipsen, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht.2.) Der von der Sonne zum umlaufenden Himmelskoeper gezogene Radiusvektor ueberstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flaechen. à Konstanz des Bahndrehimpulses3.) Das Quadrat der Umlaufzeit waechst proportional zur dritten Potenz der grossen Halbachse und umgekehrt proportional zur Massensumme: U2 = 4πa3/(G(m1+m2)) Da m2<<m1 à U2 proportional zu a3
Massenbestimmung3. Keplerscher Gesetz U2 = 4πa3/(G(m1+m2)) essentiell zur Massenbestimmung. Zum Beispiel lassen sich mit Umlaufzeit U der Erdeund deren Distanz a die Masse m1 der Sonne errechnen (m2 << m1).
In gleicher Weise lassen sich unter Kenntnisse der Mondbahnen auchdie Planetenbahnen bestimen.
-> Energiemenge dE der Strahlung im Frequenzintervall [,+d] und Zeitintervall [t,t+dt], die in den Raumwinkel d= sin d d durch die Fläche dA in Richtung (, ), Flächennormale n
► Kern: innere 10% der Masse; Kernfusionen erzeugen Energie, extreme Temperaturen u. Druck (16 Mio K, Dichte 150x Wasser), gasförmig
► Radiative Zone: Bis 85% im Radius, umgibt den Kern; Energietransport aus dem heißen Inneren nach außen durch Strahlung (diffusive)
► Konvektionszone: Äußere Schicht, bei 85-100% des Radiusof, Dichte und Temperatur kleiner, Energietransport durch makroskopische Bewegungen (Konvektion)
7.2 Sternaufbau Sternpulsationen
Periode-Leuchtkraft-Beziehung:
-> Standardkerzen in der Entfernungsmessung -> 3000 Cepheiden in LMC bekannt, 232 in M32, ...
Lichtperiode von Delta Cephei: -> Helligkeit schwankt innerhalb von 5.37 Tagen um Faktor 2 ( 0.8 Größenklassen)
Perioden-Leuchtkraft-Beziehung: RR Lyrae-Sterne (1), Typ II Cepheiden (2) und klassische Cepheiden (3))
http://www.avgoe.de/astro/Teil04/Entfernung.html
14.1 Wellenlaengen und Teleskope14.2 Keplergesetze
14.3 Strahlungsgroessen14.4 Sternklassifikationen, Hauptreihe & weitere Parameter14.5 Sternaufbau
The main producers of dust are old stars in the last stages of their evolution: outer atmospheres of Red Giants, Planetary Nebulae (PN), Novae, and Supernovae (SN). However, dust forms also in ISM directly.
Dust within the big circle of matterDust composition:Graphite CSilicon carbide SiCEnstatite (Fe,Mg)SiO3
Gas to dust mass ratio:Canonical 1:100Recent work suggests1:186 (Draine et al. 2007)
Although the grains in the ISM are thought to be small and compact, the case is different for denser environments (e.g., circumstellar disks) where the dust grains start to coagulate.
Figures: Simulations of dust grain cluster growth for different initial parameters (gas and dust density, temperature, stickyness, grain charge, coagulation time …).(From Dorschner & Henning 1995)
Dust incarnations
ca. 10 Lichtjahre
ca. 1 Lichtjahr
ca. 0.15 Lichtjahre ~9000 AU
Molekülwolkenskalen
Sternentstehungseffizienz nur ein paar Prozent
VirialanalyseKraeftegleichgewicht einer Struktur im hydrostatischen Gleichgewicht:Unter Einbeziehung eines Magnetfeldes B, eines Stromes j und einer Fluss-geschwindigkeit v, laesst sich die Bewegungsgleichung schreiben: ρ Dv/Dt = -grad(P) - ρ grad(Φg) + 1/c j x B
Unter der Annahme von Massenerhaltung und Ausnutzung der Poisson- Gleichung, ergibt sich nach mehrfacher Integration das Virialtheorem.
1/2 (δ2I/δt2) = 2T + 2U + W + M
I: Traegheitsmoment, verringert sich wenn Kern kollabiert (m*r2) T: Kinetische Energie U: Thermische Energie W: Gravitationsenergie M: Magnetische Energie Alle Terme ausser W sind positiv. Um die Wolke stabil zu halten muessen andere Kraefte W ausgleichen.
Dv/Dt=(∂v/∂t)x+(v grad)v
1/2(∂2I/∂t2) -2T 2U W M
(Dv/Dt beinhaltet die Veraenderung an einer raeumlichen Position (∂v/∂t)x und die Aenderung,die durch den Transport von Teilchen an neue Orte mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewirkt werden.)
Jeans-AnalyseUnabhängig von der räumlichen Konfiguration analysierte Jeans die Wellenausbreitung in einer Gaswolke Anfang des 20. Jahrhunderts.
Das gleiche laesst sich auch aus der einfachsten Form des Virialtheorems (2T=-W) ableiten. Die resultierenden Jeans-Längen λJ und Jeans-Massen
MJ, oberhalb derer Molekülwolken gravitativ instabil werden und kollabieren:
à Werte darueber lassen die Wolken kollabieren. Im Umkehrschluss koennen sehr kleine und massearme Wolken leichter stabil bleiben.
Beispiel: Eine grosse Moelkuelwolke mit T=10K und nH2=103cm-3
à MJ = 3.2 Msun
Um Groessenordnungen zu niedrig.àAndere Stabilisierungsquellen notwendig, z.B. Magnetfelder oder Turbulenz
Ambipolare Diffusion- Magnetfelder koppeln an das ionisierte Gas, dieses wiederum durch Stoesse an das neutrale Gas.- Waere Kopplung per- fekt, so bliebe Br2
bei Kollaps konstant.- Fuer einen an- faenglichen Kern mit 1MSonne, r=14000AU und B=30µG wuerde dies in protostellaren Magnetfeldern von ~107G resul- tieren (mit protostellarem Radius ~5RSonne) à Neutrales und ionisiertes Gas koennen teilweise entkoppeln, so dass neutrales Gas durch Magnetfeld hindurchdiffundieren und leichter kollabieren kann.
Ambipolare Zeitskala: tad ≈ 3x106yr (nH2/104cm-3)3/2 (B/30µG)-2 (L/0.1pc)2
Diese Zeitskala erscheint sehr lang, und es ist immer noch Thema der aktuellen Forschung, ob ambipolare Diffusion wichtig fuer Stabilitaet ist, oderob nicht doch Turbulenz dominiert.
Sternentstehungsparadigma
Turbulenz
Zeitskalen: Hauptakkretionsphase ca. 500 000 Jahre Vorhauptreihenentwicklung ca. 2 Mio Jahre
Hertzsprung Russell (HR) Diagramm I
- Die “Birthline” wurde zuerst aus der Beobachtung als der Ort identifiziert, an dem Sterne das erste Mal im HR Diagramm sichtbar werden.- Theoretisch kann man die “Birthline” definieren als den Zeitpunkt, an dem die Hauptakretionsphase beendet ist, und die Leuchtkraft aus Kontraktion ge- wonnen wird à Start der Vorhauptreihenentwicklung- Konvektive massearme Sterne kontrahieren dann, T bleibt gleich, L nimmt ab. à folgen den Hayashi Tracks.- Wenn Konvektion Energie nicht mehr transportieren kann, werden sie strahlungsdominiert à horizontale Strahlungstracks à T steigt bis hoch genug fuer Kernfusion à Hauptreihe ZAMS
Open circles: Radiative stabilityFull circles: Hydrogen burning
Akkretionsscheiben und Jets
Camenzind 1990
- Akkretion findet via Scheiben statt.
- Jets oder Ausstroemungen werden durch magneto-zentrifugale Beschleunigung von den Scheibenoberflaechen getrieben.
- Weiter aussen bewirkt Magnetfeld eine Kollimation des Jets.
”Brennen” von niederzahligen zu höherzahligen Elementen -> Energiegewinn aus Kern-Bindungsenergie -> verschiedene Fusionsprozesse, Zeitskalen, Effizienz
-> Langfristige Änderung des Rohstoff- und Energiehaushalts -> “Sternentwicklung”: 1) quasi-stationäres Gleichgewicht für Sterne der Hauptreihe (lange Zeitskala) 2) Entwicklung auf kurzen Zeitskalen außerhalb der Hauptreihe
-> Eine Haupterkenntnis der Astrophysik des 20. Jhrts
7.4 Sternentwicklung Hauptreihe
Sternentwicklung: Altersentwicklung von der ZAMS
HR-Sterne “leben” vom Wasserstoffbrennen
7.3 Energieerzeugung im Stern
Wasserstoff-Brennen:
-> pp-Kette (pp1, pp2, pp3), (pp=Proton-Proton) -> alternativ: CNO - Zyklus (Bethe-Weizäcker-Zyklus): Wasserstoff -> Helium mit Katalysatoren C, N, O
![Theevolutionofstar formation activityingalaxy groupsauthors.library.caltech.edu/53811/2/1409.5795v1.pdf · arXiv:1409.5795v1 [astro-ph.GA] 19 Sep 2014 Mon. Not. R. Astron. Soc. 000,](https://static.unterlagen.site/doc/80x56/5f1b3d97856ed06a5f315786/theevolutionofstar-formation-activityingalaxy-arxiv14095795v1-astro-phga-19.jpg)
