26.01.20071 Supernova 1A Seminar zur Experimentalphysik: Plasma, Teilchen, Weltall Robert Seidel SN...

26.01.2007 1

Supernova 1A

Seminar zur Experimentalphysik: Plasma, Teilchen, Weltall

Robert SeidelSN 1994d

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Überblick

1. Typen2. Vorgängerstern3. Supernovaexplosion4. Computer-Simulationen 5. Lichtkurven6. Zusammenfassung

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1.1 Typen von Supernovae

Spektrum ent-hält H-Linien?

ja nein

Supernova II Supernova I

IIa: H-Linie dominant

IIb: He-Linie dominant

Spektrum ent-hält Silizium?

nein

Ib: enthält viel He

Ic: enthält wenig He SN Ia

ja

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2.1 Vorgängerstern 1. Warum enthält das Spektrum keinen Wasserstoff, dafür

aber Silizium?

2. Warum ist die absolute Leuchtkraft von verschiedenen SN Ia annähernd gleich hell?

3. Warum beobachtet man keinen Sternenrest nach einer SN Ia?

4. Warum treten SN Ia in allen Galaxien, SN II jedoch hauptsächlich in jüngeren Galaxien auf?

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2.2 Weißer Zwerg

•Durchmesser: ca. 10.000 km

•Zusammensetzung: Kohlenstoff & Sauerstoff

•Masse: < 1,4 Sonnenmassen

Entartungsdruck Gravitationsdruck

Fermigas Ideales Gas

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3.1 Akkretion

• Weißer Zwerg akkretiert H vom Roten Riesen• H fusioniert stetig zu He Bildung einer Heliumhülle• Massenzunahme bis Chandrasekhargrenze

Roter Riese Weißer Zwerg

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3.2 FusionsreaktionenStartreaktionen

Hohe Coulombbarrieren hohe Zündtemperaturen und niedrige Reaktionsraten

T ≈ 7.108 K

≈ 2.109 g/cm³

() – Ketten effektiver

Es werden kaum schwerere Elemente als 56Ni erzeugt!

4 4 8 12 16 20 24 28 56He He Be C O Ne Mg Si Ni

4He 4He 4He 4He 4He 4He

12 12 20 4

12 12 16 4

16 12 24 4

16 16 28 4

2

C C Ne He

C C O He

O C Mg He

O O Si He

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3.3 Die letzten Sekunden

C & O – Verbrennung zu schwereren Elementen

Temperatur steigt an, Dichte bleibt konstant

Hohe lokale Energieerzeugungsrate (stark temp.abhängig)

Therm. Energie > Fermienergie Aufhebung der Entartung

Kern dehnt sich explosionsartig aus

Stern wird vollständig zerstört!

Es entsteht kein Neutronenstern

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3.4 BrennfrontenThermonukleare Fusion vorgemischten chem. Flammen

Wärmeleitung zunächst dominierend (Deflagration)

Flammengeschwindigkeit nur 100 km/s

Einsetzen von Turbulenz

Flammenoberfläche und Flammengeschwindigkeit vergrößert

Flammengeschwindigkeit ~10.000 km/s

Im dichten Zentrum Fusion zu Nickel

Fusion zu mittelschweren Elementen während Expansion

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3.5 Tiefeninformationen

SN 2002 bo

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4.1 Simulationen

Unterschiedliche Längen- und Zeitskalen

Akkretionsprozess Zündung Explosion

Flammendicke ca. 1mm Sterndurchmesser 10.000 km

Nur großskalige turbulente Verwirbelungen direkt auflösbar

Rechengitter von 512 x 512 x 512 Zellen à 7,9 km Länge

Startbedingungen

Temp.: 50.000 K; Dichte: 2900 t/cm³; je 50% C & O

Modell von Friedrich Röpke

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4.2 Simulationent = 0s t = 0,3s

Mehrfachzündungen von

Flammenkugeln

Hohe Temperaturen; Aschedichte niedriger als Rest Pilzform

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4.2 Simulationen

t = 2st = 0,6s

Bildung von Substrukturen; Oberflächenvergrößerung & Verbrennungsratenerhöhung

Scherströme erzeugen Verwirbelungen; Brennfront

erreicht Oberfläche

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4.2 Simulation einer SN

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5.1 LichtkurvenAbsolute Helligkeit: bis -19,5 mag

Radioaktiver Zerfall von 56Ni zu 56Fe verzögert Abkühlung

56Ni 56Co 56Fe + e+9 Tage 112 Tage

Ähnlicher Verlauf Standardkerze

10 Mrd. L

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6. Zusammenfassung

• SN Ia in Doppelsternsystemen• Weißer Zwerg explodiert vollständig• Simulation aufwendig aber annähernd

realistisch; Anfangsbedingungen noch willkürlich

• Standardkerzen

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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Stoßwelle

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Fermienergie

5

3

1 2Fermi

mE K

R

2

Gravitation

mE G

R

gesamt Fermi GravitationE E E

1

3

12K

RG m

Masse-Radius-Verhältnis

Radius nimmt mit zunehmender Masse ab!

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Chandrasekhargrenze4

3

( ) 2 2Fermi relativistisch

mE K

R

2

5,571,44m M M