Τελικές καταστάσεις αστέρων

Παρουσίαση με θέμα: "Τελικές καταστάσεις αστέρων"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Τελικές καταστάσεις αστέρων
Γιάννης Σειραδάκης Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης

2 Αστρικά πτώματα Λευκοί νάνοι Αστέρες νετρονίων Μελανές οπές

3 Αστρικά πτώματα: Λευκοί νάνοι
Σείριος Α & Β Α Α Β Β Οπτικά Ακτίνες Χ Μάζα: 0.7 ΜΗ Ακτίνα: 109 cm (Γη) Πυκνότητα: 106 gr/cm3 Θερμοκρασία: Κ Μαγνητικό πεδίο: 106 G N = 9000 (Sloan Digital Sky Survey) Bessel 1844

4 Αστρικά πτώματα: Λευκοί νάνοι
Απαγορευτική αρχή του Pauli : Σε ένα άτομο, δύο φερμιόνια δεν μπορούν να έχουν τους ίδιους κβαντικούς αριθμούς Αρχή αβεβαιότητας του Heisenberg: Απαγορευτική αρχή του Pauli + Αρχή αβεβαιότητας του Heisenberg = Πίεση εκφυλισμένων ηλεκτρονίων

5 Αστρικά πτώματα: Λευκοί νάνοι
Σχέση μάζας-ακτίνας λευκών νάνων Όριο Chandrashekhar

6 Τελικές καταστάσεις Αστέρων
Συνθήκες στο εσωτερικό ενός λευκού νάνου Σείριος Β Λευκός νάνος άνθρακα ρ = 3×106 gr/cm3 rC = ? άτομα/cm3 ρ = 3×106 gr/cm3 = nCmHμC → nC = 11.4 ×1029 άτομα/cm3 → rC = 1.2 ×10-10 cm !!! Ακτίνα Bohr = 0.5 × 10-8 cm

7 Αστρικά πτώματα: Αστέρες νετρονίων
Jocelyn Bell (1967) LGM ; Διπλό σύστημα αστέρων ; Παλλόμενος αστέρας ; Περιστρεφόμενος λευκός νάνος ; Περιστρεφόμενος αστέρας νετρονίων ;

8 Πως παρατηρούνται οι αστέρες νετρονίων;
Φορτισμένα σωματίδια επιταχύνονται. Οι αστέρες νετρονίων εκπέμπουν ραδιοκύματα (pulsars) Φαινόμενο φάρου Ο αστέρας νετρονίων (pulsar) στο νεφέλωμα του Καρκίνου (αστερισμός του Ταύρου) Michael Kramer

9 Μεμονωμένοι και ολοκληρωμένοι παλμοί
PSR 50 Μεμονωμένοι παλμοί Ολοκληρωμένος παλμός Dunc Lorimer

10 Θεωρητικά πρότυπα pulsars
Εκπομπή από την πολική περιοχή Εκπομπή από την περιοχή του κυλίνδρου φωτός

11 10 μεμονωμένοι παλμοί εν σειρά
PSR

12 Προσθέτοντάς τους παίρνουμε τον ολοκληρωμένο παλμό
70 μεμονωμένοι παλμοί ο ένας πάνω από τον άλλο PSR 2021_51

13 Η ενέργεια που εκπέμπει το Pulsar του Καρκίνου, θερμαίνει και ιονίζει το Νεφέλωμα του Καρκίνου
PSR P = 33 ms = 36 ns/day Κυανό: Ακτίνες Χ Ερυθρό: Οπτικό Πράσινο: Ραδιοφωνικό Ακτινοβολία σύγχροτρον

14 Το διάγραμμα Περιόδου – Επιβράδυνσης περιόδου των pulsars
Magnetars Millisecond pulsars

15 Ο μεσοαστρικός χώρος: Μέτρο διασποράς
Οι παλμοί των pulsars υφίστανται διασπορά κατά συχνότητα (οι υψηλές συχνότητες έρχονται πρώτες), όταν διέρχονται από πλάσμα

16 Ο μεσοαστρικός χώρος: Μέτρο διασποράς
1ος Υψηλές συχνότητες 95 μεμονωμένοι παλμοί από τον pulsar PSR 95ος Χαμηλές συχνότητες

17 Ο μεσοαστρικός χώρος: Περιστροφή Faraday
Το επίπεδο πόλωσης περιστρέφεται όταν διέρχεται από μαγνητισμένο πλάσμα

18 Πίεση εκφυλισμένων νετρονίων
Αστρικά πτώματα: Αστέρες νετρονίων Πίεση εκφυλισμένων νετρονίων

19 Αστρικά πτώματα: Αστέρες νετρονίων
Αν η αρχική μάζα του καταρρέοντος αστέρα είναι μεγαλύτερη από 3 Μʘ, τότε ο η πίεση στον πυρήνα είναι τεράστια. Οι ηλεκτρονικοί φλοιοί κατακερματίζονται. Τα ηλεκτρόνια “εισχωρούν” στους πυρήνες. Παράγονται νετρόνια τα οποία υπακούουν στην αρχή του Pauli και έχουμε την αντίστοιχη εξίσωση για αστέρες νετρονίων. Λευκοί Νάνοι Αστέρες νετρονίων

20 Αστρικά πτώματα: Αστέρες νετρονίων
Συγκρίνοντας τις σχέσεις Ακτίνας-Μάζας λευκών νάνων και αστέρων νετρονίων (για αστέρες με Μ< Μʘ βρίσκουμε ότι η ακτίνα των αστέρων νετρονίων είναι μικρότερη κατά δηλαδή κατά 580 περίπου φορές (θεωρούμε ότι: Ζ/Α = 0.5).

21 Συγκριτικά μεγέθη κοινού αστέρα, λευκού νάνου, pulsar
Ήλιος: R = km Πυκνότητα = 6 gr/cm3 Αστέρας Νετρονίων: R = 20 km Πυκνότητα = 1014 Μάζα > 1.1 Mʘ Λευκός Νάνος : R =6000 km Πυκνότητα = 106 Μάζα < 1.4Mʘ

22 Πόση είναι η ταχύτητα διαφυγής από την επιφάνεια των αστέρων νετρονίων
Κινητική ενέργεια Δυναμική ενέργεια Vδ = km s-1 !!! (Υπενθύμιση: c = km s-1) Vδ ~ 53% της ταχύτητας του φωτός !!!

23 Η συναυλία των pulsars:
Σφαιρωτό σμήνος 47 Tuc Η συναυλία των pulsars: 12 msec pulsars 12 μουσικά όργανα!

24 Αστρικά πτώματα: Μελανές οπές
Μάζα: μέχρι 109 M Ακτίνα: Πυκνότητα: ; Θερμοκρασία: ; Μαγνητικό πεδίο: ; N = πολλές ;

25 Αστρικά πτώματα: Μελανές οπές
Βαρυτική κατάρρευση

26 Αστρικά πτώματα: Μελανές οπές
Είδη και φυσική των μελανών οπών α) H λύση Schwarzschild που εξαρτάται μόνο από τη μάζα (M). β) H λύση Reissner-Nοrdström που εξαρτάται από τη μάζα (M) και το ηλεκτρικό φορτίο (Q). γ) H λύση Kerr που εξαρτάται από τη μάζα (M) και τη στροφορμή (J). δ) H λύση Kerr-Newmann που εξαρτάται από τη μάζα (M), το φορτίο (Q) και τη στροφορμή (J).

27 Αστρικά πτώματα: Μελανές οπές
Περιστρεφόμενη Μελανή οπή Ορίζοντας Γεγονότων Στατικό όριο Εργόσφαιρα

28 Αστρικά πτώματα: Μελανές οπές
Ακτίνα Schwartzchild Ορίζοντας γεγονότων Υπερακτινοβολία Ανωμαλία του χωρόχρονου Κοσμική σήραγγα

29 Αστρικά πτώματα: Μελανές οπές
Σύγκρουση αστέρα νετρονίων - μελανής οπής

30 Αστρικά πτώματα: Μελανές οπές
Παρατηρήσεις μελανών οπών Cygnus X-a και HDE

31 Αστρικά πτώματα: Μελανές οπές
Παρατηρήσεις μελανών οπών NGC 4261

32 Γένεση, εξέλιξη και κατάληξη των αστέρων
Λευκός νάνος και Πλανητικό Νεφέλωμα Κατάρρευση νεφελώματος Αστέρες μικρής μάζας Γένεση αστέρα Υπόλειμμα Υπερκαινοφανούς και Αστέρας νετρονίων Ερυθρός Γίγαντας Αστέρες μεγάλης μάζας