Stjerneutvikling 1

Fra lodne tåker til kompakte objekter

Stjerneutvikling

Stjerneutvikling 2

Innhold• HR diagram• Stjerneutvikling• (Stjernehimmel)

Stjerneutvikling 3

Stjerner

• Styres av kampen mellom – Gravitasjonen som trekker innover– Trykk som presser utover

• Dannes av skyer av gass og støv som trekkes sammen av gravitasjon

• Holdes oppe av trykk fra gass og stråling

Stjerneutvikling 4

Tidlige stadier

Stjerneutvikling 5

Tidlige stadier

Stjerneutvikling 6

Stjernefabrikker

Stjerneutvikling 7

Kommende stjerner

Stjerneutvikling 8

Stjernefabrikk

Stjerneutvikling 9

Stjernedannelse og HR diagrammet

Kilde: Universe, Kaufmann

Stjerneutvikling 10

Unge stjerner

Stjerneutvikling 11

HovedseriestjernerL

umin

osite

t (L

)

106

102

1

10-2

10-4

104

Abs

olut

t m

agni

tude

-10

0

+5

+10

+15

-5

SpektralklasseO5 M8B0 F0A0 G0 K0 M0

Overflate temperatur (K)25 000 8000 6000 5000 4000 300010 000

Regulus

Sola

Barnards stjerne

VegaSirius A

Altair

Eksempler:–Sola

–Sirius A

–Vega

–Altair

–Regulus

Stjerneutvikling 12

Hovedserie stjerner

Stjerneutvikling 13

Prosessen som gir stjernene lys

• Stjernene lyser fordi de er varme• Stjernene er varme fordi de produserer

energi ved hjelp av fusjonsprosesser

Stjerneutvikling 14

Energiproduksjonen i hovedseriestjerner

• 4H He + energi

• m4H>mHe

• E=mc2

• Energien gir stjernene varme og skaper et strålingstrykk

Stjerneutvikling 15

Energiproduksjonen i hovedseriestjerner

• Proton-Proton prosessen (små til middels stjerner)

H2HeHeHe

HeHH

eHHH

11

42

32

32

32

11

21

21

11

11

energiHeH4 42

11

Stjerneutvikling 16

Energiproduksjonen i hovedseriestjerner

• CNO-prosessen (massive stjerner)

HeCHN

NO

OHN

NHC

CN

NHC

42

126

11

157

157

158

158

11

147

147

11

136

136

137

137

11

126

e

e

HeNHO

OF

FHO

OHN

42

147

11

178

178

179

179

11

168

168

11

157

e

Stjerneutvikling 17

Livet som hovedseriestjerne

Masse M

Overflate temperatur

K

Spektral klasse

Lystyrke L

Levetid 1 000 000 år

25 35 000 O 80 000 3

15 30 000 B 10 000 153 11 000 A 60 500

1,5 7 000 F 5 3 0001 6 000 G 1 10 000

0,75 5 000 K 0,5 15 000

0,50 4 000 M 0,03 200 000

Stjerneutvikling 18

Bevegelser i HR diagrammet

Stjerneutvikling 19

Etter hovedserien

Antares

Lum

inos

itet (

L)

106

102

1

10-2

10-4

104

Abs

olut

t mag

nitu

de

-10

0

+5

+10

+15

-5

SpektralklasseO5 M8B0 F0A0 G0 K0 M0

Overflate temperatur (K)25 000 8000 6000 5000 4000 300010 000

Procyon A

Aldebaran

MiraPollux

Rigel DenebBetelgeuse

ArcturusEksempler

–Aldebaran

–Rigel

–Betelgeuse

Stjerneutvikling 20

Simulering i HR diagrammet

Stjerneutvikling 21

To åpne stjernehoper

NGC 188

M67

Stjerneutvikling 22

Energiproduksjon etter hovedserien• Fusjon av H i skall utenfor kjerna, fusjon

av tyngre elementer i kjerna

• Heliumfusjon: Trippel CeH3 12

642

• Karbonfusjon

HeNeCC

nMgCC

HNaCC

42

2010

126

126

10

2312

126

126

11

2311

126

126

Stjerneutvikling 23

Gamle løk-stjerner

Jordas bane

C-O kjerneHe fusjonerende skallSovende H fusjonerende skall

Stjerneutvikling 24

Energiproduksjon i kjerneprosesser

Stjerneutvikling 25

Fusjon i skallHHe CNeOSi

Fe kjerne

Gamle løk-stjerner

Jupiters bane

Stjerneutvikling 26

Betelgeuse

Stjerneutvikling 27

De siste stadiene• Hvordan stjerner ”dør”

• Hvordan grunnstoffer tyngre enn jern dannes

• Og hvordan grunnstoffer kommer ut i verdensrommet

Stjerneutvikling 28

Middels massive stjerner

Stjerneutvikling 29

Planetarisk tåke

Stjerneutvikling 30

Etter planetarisk tåke

Stjerneutvikling 31

Hvite dvergstjerner

• Masse som sola, radius som jorda

• Lyser fordi den er varm, avkjøles gradvis

• Sentrum består av kompakt krystallisert karbon(kjerner)

• Holdes oppe av trykket fra elektronene

Stjerneutvikling 32

Hvite dvergstjernerL

umin

osite

t (L

)

106

102

1

10-2

10-4

104

Abs

olut

t m

agni

tude

-10

0

+5

+10

+15

-5

SpektralklasseO5 M8B0 F0A0 G0 K0 M0

Overflate temperatur (K)25 000 8000 6000 5000 4000 300010 000

Sirius B

Procyon B

Eksempler–Sirius B

–Procyon B

Stjerneutvikling 33

Hvite dvergstjerner

Stjerneutvikling 34

Solas skjebne• Som rød kjempe vil solas ytre lag være

omtrent like langt ute som jordbanen

• Sola vil etter en tid som rød kjempe, bli en hvit dverg.

Stjerneutvikling 35

Krabbetåka

• Stoff slynget ut under supernova observert i 1054

Stjerneutvikling 36

Supernova• Produserer grunnstoffer tyngre enn Fe• Bringer grunnstoffene tilbake til

verdensrommet

Stjerneutvikling 37

H He

Li Be B C N O F Ne

Na Mg Al Si P S Cl Ar

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe

Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn

Fr Ra **

* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf

Grunnstoffer oppsummering

Stjerneutvikling 38

Hyppigst forekommende grunnstoffer i jordskorpen

• Oksygen 48,3 (Vektprosent)

• Silisium 27,7• Aluminium 8,4• Jern 5,0• Kalsium 3,4• Magnesium 2,4• Natrium 2,2• Kalium 1,7• Titan 0,5• Hydrogen 0,1

Stjerneutvikling 39

H He

Li Be B C N O F Ne

Na Mg Al Si P S Cl Ar

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe

Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn

Fr Ra **

* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf

Hyppigst forekommende i jordskorpen

Stjerneutvikling 40

Essensielle grunnstoffer for planter• Makroelementer

– Nitrogen– Kalium– Kalsium– Magnesium– Fosfor– Svovel

• Mikroelementer (sporelementer)– Jern– Bor– mangan, – Sink– Kobber– Molybden – Klor– Nikkel

Oksygen, hydrogen og karbon tilføres i form av vann og karbondioksid

Stjerneutvikling 41

H He

Li Be B C N O F Ne

Na Mg Al Si P S Cl Ar

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe

Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn

Fr Ra **

* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf

Nødvendig for plantene

Stjerneutvikling 42

Etter supernova• Det meste eller hele stjerna slynges ut i

verdensrommet

• Rest etter supernova:– Nøytronstjerne– Sort hull

Stjerneutvikling 43

Nøytronstjerner• Mellom 1,4 og 3

solmasser

• Radius ca 30 km

• Består i all hovedsak av nøytroner

• Holdes oppe av trykket fra nøytronene

Stjerneutvikling 44

Sorte hull

• Gravitasjonen vinner• Ingen fast overflate

• Schwarzschild radius – avstanden hvor ikke engang lyset slipper unna

• Sorte hull kan sees via påvirkinger på stjerner og støv/gasskyer rundt – Røntgenstråling– Stjerners bevegelse

Stjerneutvikling 45

Cygnus X-1

Stjerneutvikling 46

Masse på tur inn i et sort hull

Stjerneutvikling 47

Galaksens sentrum

Animasjon: http://www.youtube.com/watch?v=duoHtJpo4GY

Stjerneutvikling 48

HestehodetåkaEmisjonståke

OriontåkaStjernefabrikk

BetelgeuseRød superkjempe

Til PleiadeneUng åpen stjernehop

Til SiriusHovedseriestjerne med hvit dverg i bane

RigelBlå superkjempe

Til ProcyonStjerne med hvit dverg i bane

Til Tyrens horn og KrabbetåkaSupernovarest med nøytronstjerne

3 OrionisHovedseriestjerne

Stjerneutvikling 49

Skumrings-trekanten

Cygnus X1Sort hull som spiser en stjerne

RingtåkaPlanetarisk tåke

Stjerneutvikling 50

Stjernehjul5

10

15

510

15

2025

510152025

5 10 15 2025

510

1520

255

1015

2025

510

1520

25

5 10 15 20 25

25

510

1520

510

1520

255

1015

2025

2025

510152025

KASIOPE

IA

KA

RLSVO

GN

A

PEG

ASU

SLILLE BJØRN

ORION

TYREN

ANDROMEDA

SKUMRINGS

TREKANTEN

Rigel

Betelgeuse

Sirius

Aldebaran

Regulus

Capella

Polstjerna

ArcturusSpica

Vega

Altair

Deneb

Procyon

LØV

EN

Ringtåka

Cygnus X-1

Krabbetåka

PLEIA

DENEHestehodetåka

Oriontåka