Agujero Negro Regular en La Geometria de Schwarzschild de Sitter-Introduccion a La Astrofisica
Das Hertzsprung-Russell Diagramm · Kurz darauf wechselte Schwarzschild als Direktor an das...
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100 Jahre
Hertzsprung-Russell Diagramm
Max Camenzind - Akademie HD – Mai 2017
Einar Hertzsprung 1873 - 1967 Henry Norris Russell 1877- 1957
Die Gründerväter
Nach einem 1898 abgeschlossenen Chemiestudium arbeitete
Hertzsprung mehrere Jahre in Sankt Petersburg. 1901 ging er nach
Leipzig, um bei Wilhelm Ostwald Grundkenntnisse der Photochemie zu
erwerben. 1902 kehrte er nach Dänemark zurück und wandte sich
ersten astronomischen Studien zu, an der Universität Kopenhagen und
am privaten Urania-Observatorium in Frederiksberg. 1905 und 1907
veröffentlichte er heute klassische Artikel „Zur Strahlung der Sterne“
über seine Versuche, die Lichtstärke von Sternen anhand ihren Spektren
auszumessen.
Karl Schwarzschild wurde auf das junge Talent aufmerksam und
vermittelte ihm 1909 eine außerordentliche Professur an der Universität
Göttingen. Kurz darauf wechselte Schwarzschild als Direktor an das
Astrophysikalische Observatorium in Potsdam und nahm Hertzsprung
als Observator mit. 1916 verstarb Schwarzschild; zusätzlich waren die
Forschungsmöglichkeiten für einen Ausländer in Deutschland während
des Ersten Weltkrieges zunehmend eingeschränkt. So wechselte
Hertzsprung 1919 an die Universitätssternwarte Leiden (Niederlande),
deren Leitung er von 1935 bis 1944 innehatte.
Um 1910 entwickelten Russell und Ejnar Hertzsprung das Hertzsprung-
Russell-Diagramm.
1922 führte Russell ein System für Sternbilder ein mit einer
dreibuchstabigen Abkürzung des lateinischen Namens des Sternbildes.
Zusammen mit Frederick Albert Saunders (1875–1963) beschrieb er 1925
die Russell-Saunders-Kopplung (siehe Spin-Bahn-Kopplung, Hundsche
Regeln). Zusammen mit Raymond Smith Dugan und John Quincy Stewart
schrieb er ein zweibändiges Lehrbuch, dessen zweiter Band die Idee der
stellaren Zustandsgrößen verbreitete, siehe Vogt-Russell-Theorem.
Russell bestätigte 1929 Cecilia Paynes Entdeckung von 1925, dass die
Sonne zum weitaus überwiegenden Teil aus Wasserstoff und Helium
besteht, und bestimmte das Massenverhältnis zu 3:1. Daraufhin äußerte
der russisch-nordamerikanische Physiker George Gamow die Vermutung,
die Energiequelle der Sonne sei in der Verschmelzung von jeweils vier
Wasserstoffkernen zu je einem Heliumkern zu suchen und nennt den
Prozess Kernfusion bzw. Wasserstofffusion (Wasserstoffbrennen).
Gamows Vermutung stellte sich später als richtig heraus.
• Das Hertzsprung-Russell-Diagramm ist das wichtigste
Zustandsdiagramm zur Klassifikation der Sterne. Es
verdankt seinen Namen dem dänischen Astronomen Ejnar
Hertzsprung und dem englischen Astrophysiker Henry
Norris Russell (1913), deren Forschungsarbeit es uns
ermöglicht, Sterne nach bestimmten Kriterien, den
Zustandsgrößen, einzuordnen. Zu ihnen gehören die
Oberflächentemperatur, die Spektralklasse, die
Leuchtkraft, die absolute Helligkeit, die Masse, der
Radius, die mittlere Dichte und andere Größen, die im
Hertzsprung-Russell-Diagramm nicht betrachtet werden.
Auf den Abszissen des HRD werden die
Oberflächentemperatur oder die Spektralklasse von
rechts nach links aufgetragen. Die Leuchtkraft oder die
absolute Helligkeit werden durch die Ordinate
charakterisiert und nehmen von unten nach oben zu.
Grafik: Kosmische Magnetfelder
• Sterne – Korrelation Leuchtkraft vs Temperatur
• am besten illustriert an Sternhaufen.
• Photometrie Äste im Farben-Helligkeits-Diagramm der Kugelsternhaufen.
• Hertzsprung-Russell Diagramm HRD = Zusammenhang zwischen Leuchtkraft und Effektivtemperatur der Sterne.
• Sequenz in Masse und zeitlicher Entwicklung der Sterne.
• Das System Luhman 16ab nächste Braune Zwerge
Unsere Themen
Sterne haben Farben Bläuliche – Rötliche – Weiße Sterne
Offener Sternhaufen NGC 411 HST
Die Sterne in NGC 411 in der SMC haben alle ungefähr
dasselbe Alter und entstanden in einem Rutsch aus einer
[einzigen] Gaswolke. Aber sie haben nicht alle dieselbe Größe.
Hubbles Bild zeigt eine breite Vielfalt an Farben und
Helligkeiten unter den Sternen des Sternhaufens. Dies gibt
Astronomen viele Informationen über die Sterne, darunter
ihre Massen, ihre Temperaturen und ihre Entwicklungs-
phasen. Blaue Sterne haben beispielsweise höhere
Oberflächentemperaturen als rote.
Das Bild ist eine Zusammenstellung aus ultravioletten,
optischen und infraroten Beobachtungen, die mit Hubbles
Wide Field Camera 3 gemacht wurden. Diese
Filteranordnung lässt das Teleskop Farben "sehen", die ein
wenig über das violette und das rote Ende des Spektrums
hinausgehen.
Der offene Sternhaufen M6 / HST
Offene
Stern-
haufen
VISTA
ESO
Photometrie Kugelsternhaufen (GC) alle Sterne haben dieselbe Distanz
M 55 CFHT: 100 Lichtjahre Durchmesser / 100.000 Sterne / 12 Mrd. Jahre alt
Canada France Hawaii Telescope
Asympt.
Riesenast
AGB
Horizontal-
Ast
(He-Fusion)
Riesen-Ast
(Schalen)
Hauptreihe
(H-Fusion)
RR Lyrae
Knie
FV-Diagramm
Brennphasen im HRD
Hauptreihe
Roter Riese
Horizontal-Ast
Asymptotischer Riese
Weiße Zwerge
• Das FV-Diagramm ist nicht gleichmäßig mit Sternen (Datenpunkten) gefüllt. Viele Sterne haben Eigenschaften an der Oberfläche, die zu einer Anordnung der Datenpunkte in einem Streifen im CMD (oder HRD) führt. Dies ist die sogenannte Hauptreihe der Sterne. Dann findet man viele Sterne im roten Teil in einem auf große Helligkeit zugehenden Streifen. Da diese Sterne nahezu gleicher Temperatur sind, können sie nur deswegen so unterschiedliche Lichtmengen abstrahlen, weil sie sehr unterschiedliche Radien haben. Die großen, roten Sterne sind die sogenannten `Roten Riesen'. Entsprechend findet man links unten im Diagramm die `Weißen Zwerge'.
• Die vielen Typen stehen in Zusammenhängen, die mit Hilfe der Modelle zur Sternentwicklung erklärt werden.
Farben-Helligkeitsdiagramm FV
FV
-Dia
gra
mm
off
ener
Ste
rnh
au
fen
A
lter
He
rtzs
pru
ng
-Lü
ck
e
Lebensdauer HRD Sternhaufen
Un
se
re S
tern
e d
er
So
nn
en
um
ge
bu
ng
Überriesen
Rote
Riesen
Grafik: Abriss der Astronomie
Zweiter Teil HRD Radien
9. Mai 2017
Hertz-sprung
& Russell (1913)
Leuchtkraft
als
Funktion
der Stern-
Temperatur
Sterne
bevölkern
nur gewisse
Äste
Hipparcos
Daten
Sonnen-
umgebung
Die Sterne auf dem Streifen
von rechts unten bis links oben
sind Sterne der `Hauptreihe',
Sterne im Streifen von der
Mitte nach rechts oben
sind die `Roten Riesen'. Der Klumpen mit Sternen
halbwegs auf dem Riesenast
sind die roten
`Horizontalaststerne'.
1 Mrd. Sterne mit Gaia 2016
HRD
1 Jahr
Gaia
2016
Plejaden / Messier 45
Plejaden nur bis zu A-Sternen 3000 Sterne - Alter: 100 Mio. Jahre
Gaia 2016
Die Distanz
zu Plejaden
Hipparcos
lag daneben
Grafik:
Camenzind
Kugelsternhaufen M 92 – G-Sterne
Alterssequenzen 8–15 Gyr Knie
log(6000) = 3,778
log(7000) = 3,845
Temperatur-Skala in Physik
• Temperatur physikalisch in Grad Kelvin
• Die Kelvin Temperatur-Skala ist ähnlich zur Celsius-Skala, jedoch beginnt sie bei -273,15o.
– Diese Temperatur “absoluter Nullpunkt”.
-273 oC -173 oC 0 oC 100 oC
0 K 100 K 273 K 373 K
1000 oC
1273 K
Kelvin = Celsius + 273
B-V Effektiv-Temperatur
50.000 K ist eine
obere Grenze
für Sterne
Warum?
Radien im HRD Ste
phan-
Boltz
mann
:
L =
4π
R2
σT
4
L
inie
n m
it R
= c
on
st
Ra
die
n H
ert
zsp
run
g-
Ru
sse
ll D
iag
ram
m
Stephan-Boltzmann:
L = 4π R2 σT4 R = const
Planeten - Sterne im Vergleich
Ro
te Ü
be
rrie
se
n
A red
supergiant
ends its life
as a type II
supernova
(bottom
left) in a
spiral arm
of M74
Ein Cluster von roten Überriesen
Leuchtkraft
Klassen Ia Hyperriesen
Ib Überriesen
II Helle Riesen
III Riesen
IV Unterriesen
V Hauptreihen
Sterne
Ia
Ib
II
III
IV
V
Weiße Zwerge
Massen im HRD
Hauptreihe:
Eine Sequenz
in der Masse
Erklärung:
die Sequenz des
H-Brennens
WZ: Sequenz in T
mit Radius konst
Die Alter-Null Hauptreihe im HRD
Entwicklung der Superriesen
Blaue
Überriesen
mit
Rotem
Überriesen
in
NGC 4755
VLT/ESO
HR
D M
as
se
n-S
eq
ue
nze
n
Braune
Zwerge
Eddington Grenze 100 Sonnenmassen
Größe der Roten & Braunen Zwerge Proxima Centauri
Jupiter M Zwerg
Methan-
T Zwerg
L Zwerg
Luhman 16ab 2 Braune Zwerge
Parallaxe: 495 mas
Distanz: 6,6 LJ
H Band: 9,56 mag
Periode: ~ 25 a
Separation: 3 AE
Masse A: 0,04-0,05
Masse B: 0,03-0,04
Aufnahme:
WISE 2013
Die sonnennächsten Sterne
Luhman 16ab
mit WISE
2013 entdeckt;
p = 495+-5 mas
d ~ 6,58 LJ
MA = 0,04 MS
MB = 0,03 MS
P ~ 25 Jahre
Winkeld = 1,5´´
a ~ 3 AE
H = 9,56 mag
15 Lichtjahre
5 Lichtjahre
Luhman 16B
VLT Aufnahmen
Atmosphäre
~ Jupiter
Temp: ~ 1000 K
Rot Periode: 5h
Eisen-Regen
0,0 hr
0,8 hr
1,6 hr
2,4 hr
3,2 hr
4,1 hr
ESO Presse Release 2014
Roter T Zwerg
Luhman 16B ~ Jupiter?
• Sterne können am besten an Sternhaufen
untersucht werden. alle haben gleiche Distanz.
• Sterne bilden bestimmte Äste im FV- und HR-
Diagramm werden durch Brennphasen erklärt.
• Harvard-Klassifikation ordnet jedem Stern eine
Temperatur zu.
• Sterne zu gleicher Temperatur können sich im
Radius unterscheiden es gibt Zwerge und
Riesen.
• Zwerge setzen sich fort zu Weißen Zwergen und
Braunen Zwergen.
Zusammenfassung