View
1
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
NEUTRONENSTERNE
Eine Reise in die Vergangenheit
Jochen WambachInstitut fur Kernphysik
TU Darmstadt
Was sind Neutronensterne?
Wie entstehen sie?
Was sind ihre Eigenschaften?
Wie sind sie aufgebaut?
NEUTRONENSTERNE
Eine Reise in die Vergangenheit
Jochen WambachInstitut fur Kernphysik
TU Darmstadt
Was sind Neutronensterne?
Wie entstehen sie?
Was sind ihre Eigenschaften?
Wie sind sie aufgebaut?
Kompakte Objekte
geringe Große (10− 104 km)hohe Materiedichte (107 − 1015 g/cm3)
Weiße Zwerge (M ≤ 8 M�)
Neutronensterne (8 M� ≤ M ≤ 30 M�)
Schwarze Locher (M ≥ 30 M�)
Meilensteine
L. Landau 1931
Entdeckung des Neutrons!
Proc. Roy. Soc. London A136, 692-708
J. Chadwick 1932
W.Baade und F. Zwicky 1934
Meilensteine
erste Berechnungen
R. Oppenheimer 1939
∼ 0.7 Sonnenmassen∼ 10 km Radius
riesiger Atomkern!∼ 1057 Neutronen
Meilensteine
erste Berechnungen
R. Oppenheimer 1939
∼ 0.7 Sonnenmassen∼ 10 km Radius
riesiger Atomkern!∼ 1057 Neutronen
Meilensteine
*
Die Sonne
riesiger Gasball(∼ 4× 109 Jahre)
M� ∼ 2× 1030 kgR� ∼ 7× 105 kmT s� ∼ 6× 103 ◦K
T i� ∼ 2× 107 ◦K
92.1% H und 7.8 % He
Energie aus Kernfusion
4p+2e− →4He+2νe
Energiegewinn:∼ 27 MeV
(1 MeV ∼ 1.6×10−13 J)
knapp 600 000 TonnenH/Sekunde
L� = 3.8× 1017
GW
*
Schicksal der Sonne
zuruck bleibt ein kristalliner Kohlenstoffstern
stabilisiert durch”entartete“ Elektronen
W. Pauli 1925
Schicksal der Sonne
zuruck bleibt ein kristalliner Kohlenstoffstern
stabilisiert durch”entartete“ Elektronen
W. Pauli 1925
Schicksal der Sonne
zuruck bleibt ein kristalliner Kohlenstoffstern
stabilisiert durch”entartete“ Elektronen
W. Pauli 1925
SIRIUS B!
M=1.05M� R=0.01R�
Massenreiche Sterne
Wie lange leben Sterne ?
Masse Lebenserwartung
1M� 1× 1010 J5M� 7× 107 J10M� 2× 107 J15M� 1× 107 J30M� 5× 106 J
je massereicher desto kurzerdie Lebensdauer!
roter Superriese
R ∼ 10 Lichtminuten
∼ 108 km
Sterben eines massiven Sterns
Eisenkern wachst bisMFe ∼M�
Elektroneneinfang
e−+(Z,N)→(Z-1,N+1)+νe
Kollaps in weniger alseiner Sekunde!
v =RFe − RNS
1s= 6× 103 km/s
= 0.02c
Explosion !*
Krebsnebel
Sternbild Stier
freigesetzte Leistungca. 1038 GW!∼ 1012 Sonnen!
Krebsnebel
Supernova 1998S
Spiralgalaxie NGC 3877
↗Supernova!
Historische SupernovaeEntdeckungsjahr sichtbar Sternbild beobachtet
185 8 Monate Centaurus China393 7 Monate Scorpius China
1006 einige Jahre Lupus China,JapanEuropa,Arabien
1054 ∼ 2 Jahre Taurus China,JapanArabien, Nordamerika
1181 ∼ 6 Monate Cassiopeia China,Japan1572 16 Monate Cassiopeia Tycho Brahe1604 ∼ 1 Jahr Ophiuchus Johannes Kepler1987 ∼ 13 Jahre Mag. Wolke Ian Shelton
14 Neutrinos!
Historische SupernovaeEntdeckungsjahr sichtbar Sternbild beobachtet
185 8 Monate Centaurus China393 7 Monate Scorpius China
1006 einige Jahre Lupus China,JapanEuropa,Arabien
1054 ∼ 2 Jahre Taurus China,JapanArabien, Nordamerika
1181 ∼ 6 Monate Cassiopeia China,Japan1572 16 Monate Cassiopeia Tycho Brahe1604 ∼ 1 Jahr Ophiuchus Johannes Kepler1987 ∼ 13 Jahre Mag. Wolke Ian Shelton
14 Neutrinos!
Supernova 1987A
↗SK-69◦202
sehr helles Ereignis ∼ 1012L�schnell expandierende Explosionswolke ∼ 104 km/s
elektromagn. Energie ∼ 1042 J
kinetische Energie ∼ 1044 J
Neutrinos ∼ 1046 J !
Haufigkeiten
∼ 2000 Neutronensterne∼ 109 erwartet
Galaktische Verteilung
hohe Fluchtgeschwindigkeiten !
Neutrinoraketen?
Haufigkeiten
∼ 2000 Neutronensterne∼ 109 erwartet
Galaktische Verteilung
hohe Fluchtgeschwindigkeiten !
Neutrinoraketen?
Massenverteilung
Schwerkraft
Erde: gE = 9.8 m/s2
F = GmM
R2→ mgE = G
mME
R2E
Neutronenstern:gNSgE
=MNS
ME
(RE
RNS
)2
RE = 6.4× 103 km RNS = 10 kmME = 7.4× 1022 g MNS = 2× 1033 g
gNS ∼ 1016gE
1g wiegt 10 Milliarden Tonnen !
Schwerkraft
Erde: gE = 9.8 m/s2
F = GmM
R2→ mgE = G
mME
R2E
Neutronenstern:gNSgE
=MNS
ME
(RE
RNS
)2
RE = 6.4× 103 km RNS = 10 kmME = 7.4× 1022 g MNS = 2× 1033 g
gNS ∼ 1016gE
1g wiegt 10 Milliarden Tonnen !
Schwerkraft
Erde: gE = 9.8 m/s2
F = GmM
R2→ mgE = G
mME
R2E
Neutronenstern:gNSgE
=MNS
ME
(RE
RNS
)2
RE = 6.4× 103 km RNS = 10 kmME = 7.4× 1022 g MNS = 2× 1033 g
gNS ∼ 1016gE
1g wiegt 10 Milliarden Tonnen !
Freier Fall
Fallgeschwindigkeit:v =
√2gh
Fall aus 1m Hohe
Erde: vE = 4.4 m/s
Neutronenstern: vNS = 4.4× 108 m/s
aber: c = 3× 108 m/s !
allgemeine Relativitatstheorie !
A. Einstein 1915
Freier Fall
Fallgeschwindigkeit:v =
√2gh
Fall aus 1m Hohe
Erde: vE = 4.4 m/s
Neutronenstern: vNS = 4.4× 108 m/s
aber: c = 3× 108 m/s !
allgemeine Relativitatstheorie !
A. Einstein 1915
Freier Fall
Fallgeschwindigkeit:v =
√2gh
Fall aus 1m Hohe
Erde: vE = 4.4 m/s
Neutronenstern: vNS = 4.4× 108 m/s
aber: c = 3× 108 m/s !
allgemeine Relativitatstheorie !
A. Einstein 1915
Freier Fall
Fallgeschwindigkeit:v =
√2gh
Fall aus 1m Hohe
Erde: vE = 4.4 m/s
Neutronenstern: vNS = 4.4× 108 m/s
aber: c = 3× 108 m/s !
allgemeine Relativitatstheorie !
A. Einstein 1915
Rotation
Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse
T� = 2.6× 106 s
Drehimpulserhaltung: Li = Lf
LFe =2π
TFeIFe = LNS =
2π
TNSINS
Rotation
Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse
T� = 2.6× 106 s
Drehimpulserhaltung: Li = Lf
LFe =2π
TFeIFe = LNS =
2π
TNSINS
Rotation
Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse
T� = 2.6× 106 s
Drehimpulserhaltung: Li = Lf
LFe =2π
TFeIFe = LNS =
2π
TNSINS
Rotation
Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse
T� = 2.6× 106 s
Drehimpulserhaltung: Li = Lf
LFe =2π
TFeIFe = LNS =
2π
TNSINS
Rotation
Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse
T� = 2.6× 106 s
Drehimpulserhaltung:
Li = Lf
LFe =2π
TFeIFe = LNS =
2π
TNSINS
Rotation
Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse
T� = 2.6× 106 s
Drehimpulserhaltung: Li = Lf
LFe =2π
TFeIFe = LNS =
2π
TNSINS
Rotation
Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse
T� = 2.6× 106 s
Drehimpulserhaltung: Li = Lf
LFe =2π
TFeIFe = LNS =
2π
TNSINS
Rotation
Sonne rotiert 1 mal pro Monat um ihre Achse
T� = 2.6× 106 s
Drehimpulserhaltung: Li = Lf
LFe =2π
TFeIFe = LNS =
2π
TNSINS
Rotation
Tragheitsmoment einer Kugel:
I = 2/5MR2
⇒ TNS =(RNS
RFe
)2TFe TNS = 6s
Rotation
Tragheitsmoment einer Kugel:
I = 2/5MR2
⇒ TNS =(RNS
RFe
)2TFe TNS = 6s
Rotation
Tragheitsmoment einer Kugel: I = 2/5MR2
⇒ TNS =(RNS
RFe
)2TFe TNS = 6s
Rotation
Tragheitsmoment einer Kugel: I = 2/5MR2
⇒ TNS =(RNS
RFe
)2TFe
TNS = 6s
Rotation
Tragheitsmoment einer Kugel: I = 2/5MR2
⇒ TNS =(RNS
RFe
)2TFe TNS = 6s
Rotation
Tragheitsmoment einer Kugel: I = 2/5MR2
⇒ TNS =(RNS
RFe
)2TFe TNS = 6s
Rotation
Tragheitsmoment einer Kugel: I = 2/5MR2
⇒ TNS =(RNS
RFe
)2TFe TNS = 6s
Periode von PSR 1937+21
Rotation
Tragheitsmoment einer Kugel: I = 2/5MR2
⇒ TNS =(RNS
RFe
)2TFe TNS = 6s
Periode von PSR 1937+21
T = 1.55780644887275± 0.00000000000003 ms
Rotation
Tragheitsmoment einer Kugel: I = 2/5MR2
⇒ TNS =(RNS
RFe
)2TFe TNS = 6s
Periode von PSR 1937+21
T = 1.55780644887275± 0.00000000000003 ms
PSR 0329+54
PSR 0833-45
PSR 1937+21
Magnetfeld
Magnetfeld der Sonne: B� = 100G = 10−2T
Erhaltung des magnetischen Flusses
B�A� = BNSANS
⇒ BNS =
(R�RNS
)2
B�
Magnetfeld
Magnetfeld der Sonne: B� = 100G = 10−2T
Erhaltung des magnetischen Flusses
B�A� = BNSANS
⇒ BNS =
(R�RNS
)2
B�
Magnetfeld
Magnetfeld der Sonne: B� = 100G = 10−2T
Erhaltung des magnetischen Flusses
B�A� = BNSANS
⇒ BNS =
(R�RNS
)2
B�
Magnetfeld
Magnetfeld der Sonne: B� = 100G = 10−2T
Erhaltung des magnetischen Flusses
B�A� = BNSANS
⇒ BNS =
(R�RNS
)2
B�
Magnetfeld
Magnetfeld der Sonne: B� = 100G = 10−2T
Erhaltung des magnetischen Flusses
B�A� = BNSANS
⇒ BNS =
(R�RNS
)2
B�
Magnetfeld
Magnetfeld der Sonne: B� = 100G = 10−2T
Erhaltung des magnetischen Flusses
B�A� = BNSANS
⇒ BNS =
(R�RNS
)2
B�
Magnetfeld
R� = 7× 105 km ←→ RNS = 10 km
BNS = 5× 1011G
→ Pulsare!
Magnetfeld
R� = 7× 105 km ←→ RNS = 10 km
BNS = 5× 1011G
→ Pulsare!
Magnetfeld
R� = 7× 105 km ←→ RNS = 10 km
BNS = 5× 1011G
→ Pulsare!
Magnetfeld
R� = 7× 105 km ←→ RNS = 10 km
BNS = 5× 1011G
→ Pulsare!
Magnetfeld
R� = 7× 105 km ←→ RNS = 10 km
BNS = 5× 1011G
→ Pulsare!
Pulsareentdeckt 1967
Nobelpreis 1974 Hewish und Bell
Pulsar
Sicht des”
Theoretikers“
Evolution
Merger
Vielen Dank furIhre Aufmerksamkeit!
Recommended