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Supernovae Typ Ia
Seminar zur Einführung in die Astronomieam
11.12.2007
Stefan WalterUniversität Würzburg
0.Inhalt
1. Historisches
2. Klassifikation
3. Modell und Theorie einer SN Ia
4. Beobachtung, Anwendung und Befunde1. Spektrum einer SN Ia2. Lichtkurven3. Anwendung der SN Ia als Standkerze4. Wie beobachtet man eine SN Ia?5. Befunde
5. Aktuelle Forschung1. Simulation am Computer2. Warum sind einige SNe Ia heller als andere - Off Center Explosion
1.HistorischesKurzer Überblick
11.11.1572: Tycho Brahe entdeckt im Sternbild Cassiopeia “einen neuen Stern der heller als alle anderen leuchtet”Zitat: ”ein Wunder, wie es seit Anbeginn der Welt nicht gesehen wurde”
1885: Ludovic Gully und Ernst Hartwig endeckten erste Supernova außerhalb der Milchstrasse
im Zentrum des Andromedar Nebels (ca. 1/10 der Helligkeit des Nebels selbst)
1940: Rudolf Minkowski Einteilung in zwei Klassen
Tycho Brahe
1933: Fritz Zwicky prägt den Begriff Supernova
erste Theorie über den Verlauf der SN im Crab-Nebel (von Walter Baade entdeckt)
Fritz Zwicky
2.DefinitionKlassifikation
SN II P
Helligkeit durchläuft Plateau-phase
SN II L
Helligkeit nimmt linear ab
SN Ic
Wenig Helium
SN Ib
Viel Helium
Wasserstoff dominiert
„Normale“ SN II
Helium dominiert
SN IIb
Kein SiliziumSilizium
SN Ia
SN II
Wasserstoff
SN I
kein Wasserstoff
Zwei Typen von Supernovae
Klassifikation nach dem Spektrum
3.Modell und Theorie einer SN IaWie kommt es zu einer SN Ia
Einiges vorweg:Modell geht auf Hoyle und Fowler (1960) zurückSupernova Ia ist eine thermonukleare Explosion eines C+O Weißer Zwerge (WZ)
Eigenschaften eines WZ: Entstadion eines leichten bis mittel schweren Sterns 50% C und 50% O M~M
Sonne
d~1/3 dErde
ist stabil durch Gas aus entarteten Elektronen im Kern
Warum dann Explosion?Denn der WZ würde ewig weiter existieren, weil keine Kernfusion nötig für seine Stabilität ist!
Wie explodiert der WZ dann?
Er befindet sich in einem Doppelsternsystem
3.Modell und Theorie einer SN IaWie kommt es zu einer SN Ia
Der Prozess:
WZ befindet sich mit Partnerstern in einem engen Doppelsternsystem
WZ akkretiert Masse von seinem Partner bis hin zur Chandrasekar Masse (M
ch~ 1.4M
Sonne)
Dichte ~1010g/cm3 und Temperatur (T~109K) so hoch, dass Fusion von C und O zu höherern Elementen (Ni, Si, Ca, am Ende auch Fe) zünden kann
C und O
3.Modell und Theorie einer SN IaWie kommt es zu einer SN Ia
Weitere Temperaturerhöhung (T~1010 K)Keine Kühlung durch Expansion möglich (wg Entartung)Brennen breitet sich als Deflagration aus (Wärmediffusion, unterschall)
Ni
C/ODer Prozess:
Turbulenzen erhöhen die FlammenoberflächeDie thermonukleare Detonation beginntKein Überrest nach Explosion
C/O
O/Si
Mg/S/Ca
Ni
4.Beobachtung, Anwedung und BefundeSpektrum einer SN Ia
Spektrum
Fusion nicht immer bis zum höchst gebundenen Atom, da z.B. Si im frühen Spektrum
Licht entsteht überwiegend aus Zerfall von Nickel
56Ni 56Co 56Fe
Theorie stimmt mit gemessenem Spektrum überein
4.Beobachtung, Anwedung und BefundeLichtkurven
Zeitliche Entwicklung der Helligkeit einer Supernova
Helligkeit
Zeit
Lichtkurve erreicht in ca. zwei Wochen sehr schnell ihr Maximum
~ 20 Tage
Sie fällt innerhalb einiger Monate ab
~ Monat mehrere Monate
4.Beobachtung, Anwedung und BefundeLichtkurven
Messungen zeigen:So einfach ist es doch nicht!
Perlmutter et al, 1997
t t⋅s= t'
m m+αs− 1=m '
Deshalb:Eichung der Lichtkurven durch Beziehung zw. max. Helligkeit und Breite der KurveStretch (Phillips-Relation):
t t⋅s=t'
mm+α s−1 =m '
4.Beobachtung, Anwedung und BefundeSN Ia als Standardkerze
Mit den geeichten Lichtkurven lässt sich die SN Ia jetzt als Standardkerze verwenden:
t t⋅s= t'
m m+αs− 1=m '
M max=−19mag
Bestimmung des Maximums der scheinbaren Helligkeit aus Messungen
absolute Helligkeit des Maximums bekannt(nahe SN Ia bei bekanntem Abstand zur Bestimmung von M
max, ∆M = ±0.2
mag)
mmax
Entfernung d aus Entfernungsmodul
mmax−M max=−5log d
ABER: Verschiedene Fehler Korrekturen nötig
4.Beobachtung, Anwedung und BefundeSN Ia als Standardkerze
Korrekturen:
Stretch-FaktorAnpassung der Lichtkurven versch. SNe
K-KorrekturSNe mit versch. z werden mit versch. Bandfiltern untersucht um ganzes Spekrum zu bekommenversch. Bandfilter versch. Teile des Spektrums
Extinktion (Staub, Absorption, Streuung) Ausgleich durch Messung in versch. Wellenlängenbereichen
< 0.06 mag
4.Beobachtung, Anwedung und BefundeWie beobachtet man eine SN Ia
eine SN pro Jahrhundert in unserer Galaxie sehr viele SN in kürzester Zeit im beobachtbaren Universum
Beobachten mehrer Galaxien gleichzeitig
Supernova Cosmology ProjectPerlmutter et al, Berkley
http://www-supernova.lbl.gov
High-z Supernova Search TeamGarnavich, Riess, Schmidt et al.
http://cfa-www.harvard.edu/supernova/HighZ.html
4.Beobachtung, Anwedung und BefundeBefunde
Messungen von SNe bei z~1 zeigen:
SNe weiter entferntals angenommen
muss ≠ 0 sein
beschleunigtexpandierendes Universum
weit entfernte SNe zu leucht schwach (0.25 mag) um konsistent mit Materie dominiertem Universum zu sein
Perlmutter et al, 1997
5.Aktuelle ForschungComputer Simulationen
t = 0s t = 0,3s
Mehrere statistisch verteilte Zündungen im Inneren
Dichte im Zentrum niedriger als Dichte des Materials vor der Flamme Blasenbildung
5.Aktuelle ForschungComputer Simulationen
Oberflächenvergrößerung durch Turbulenzen und somit Erhöhung der Verbrennungsrate
Verwirbelungen,Brennfront erreicht Oberfläche
t = 0,6s t = 2s
5.Aktuelle ForschungOff-Center SNe
Warum sind einige SNe Ia heller als andere?
WZ mit höhere Masse als Chandrasekhar-Masse?
Möglich, aber nur dann wenn WZ schnell rotiert wenn SNe durch Verschmelzen zweier WZ entsteht
Jetzt: Neues Modell
keine zentrale Zündung und damit symmetrische Ausbreitung der Flammen im Innernen des Sterns
sondern eine dezentrale Zündung und damit asymmetrische Ausbreitung der Flammen
5.Aktuelle ForschungOff-Center SNe
anisotrope Verteilung derausgeworfenen Materie
aus unterschiedlichen Blickrichtungen,erscheint die SN mit versch. Helligkeiten
hoher Ni-Anteil
niedriger Ni-Anteil
unverbranntes Material
4.Aktuelle ForschungOff-Center SNe
Spektum der Wissenschaft 07/2005Rätselhafte Supernova
W. Hillebrandt and J. NiemeyerType Ia Supernova Explosion Models
W. Hillebrandt et al.Off-center explosions of Chandrasekhar-mass white dwarfs:an explanation of super-bright type Ia supernovae?A&A 465, L17-L20 (2007)
http://www.mpa-garching.mpg.de
http://supernova.lbl.gov/
http://cfa-www.harvard.edu/iau/lists/Supernovae.html
Quellen: