De Fysica van Sterren. Instituut voor Sterrenkunde

Transcriptie

1 De Fysica van Sterren

2 Overzicht Sterrenkunde en de universaliteit van de natuurwetten Astro-fysica: wat is een ster? De kosmische cyclus van ontstaan en vergaan De vragen over het heelal zijn ook vragen over wie wij zijn. p. 2

3 De universaliteit van de natuurwetten In de sterrenkunde vertrekt men van de hypothese dat de natuurwetten die we hier op aarde hebben leren kennen, overal in het heelal geldig zijn! Deze aanname werkt: Newton en de appel, sinds de 20ste eeuw astrofysica, later ook astrochemie, en nu spreekt men al over astrobiologie... p. 3

4 Universaliteit (2) Meer nog, we begrijpen nu hoe dat komt: wij zijn geen geisoleerd systeem, maar ingebed in en producten van een globale kosmische evolutie. Door de natuur in extreme toestanden te bestuderen, leren we dank zij de sterrenkunde de natuurwetten zelf beter kennen. p. 4

5 Wat is een ster? De zon is rond! Het is de gravitatie die ze op zichzelf uitoefent, die ze aaneenhoudt. Waarom schrompelt ze dan niet ineen? p. 5

6 Wat is een ster? (2) De gravitatie wordt gecompenseerd door een drukgradient: binnen in de ster is de druk veel groter, net groot genoeg om de gravitatie te compenseren. p. 6

7 Wat is een ster? (3) De grotere druk in de ster gaat gepaard met een hogere temperatuur. Het inwendige van een ster is een (geioniseerd) ideaal gas. Vraag: hoe onderhoudt de ster die hoge centrale temperatuur? p. 7

8 Wat is een ster? (4) Antwoord: de energiebron van een ster is kernfusie. p. 8

9 Wat is een ster? (5) Samengevat: Een ster is een zelfgraviterend systeem, waarvan de gravitatie gecompenseerd wordt door een drukgradient, die gepaard gaat met een temperatuursgradient, die onderhouden wordt door energieproductie door kernfusie van lichte elementen. p. 9

10 Het Herzsprung-Russell Russell-diagram Helder Zwak Heet Koel p. 10

11 Het ontstaan van sterren Sterren ontstaan door samentrekking in (moleculaire) gas- en stofwolken. Het is door die samentrekking dat ze intern heet genoeg worden om de kernfusie te beginnen. p. 11

12 De evolutie van sterren (1) Zoals overal elders, duurt het feest zolang er energie voorradig is (hoogstens tot de fusie van ijzer). p. 12

13 De evolutie van sterren (2) Een kleine ster zoals de zon verbrandt eerst H in He, dan He in C en O, als rode reus. De kern wordt een witte dwerg, de buitenlagen worden weggeblazen. p. 13

14 De evolutie van sterren (3) Een ster van grote massa verbrandt alles tot ijzer. Dan loopt het mis: de ster stort ineen en explodeert dan als een supernova. De kern blijft achter als een compact object. p. 14

15 Het ontstaan van de elementen (1) Kort na de oerknal was de temperatuur al voldoende laag opdat protonen en neutronen konden combineren tot heliumkernen. Het resultaat was: 77% H, 23% He. Alle andere elementen zijn in sterren aangemaakt en (vooral in supernovae) uitgestoten. Vandaag: 72% H, 26% He, 2% al de rest. p. 15

16 Het ontstaan van de elementen (2) De meest voorkomende zware elementen zijn de rechtstreekse resultaten van kernfusie vanaf He: 12C, 16O, 20Ne, 24Mg, 28Si,, tot Fe. De tussenliggende elementen zijn producten van nevenreacties. De elementen voorbij Fe zijn het resultaat van explosieve nucleosynthese. p. 16

17 De kosmische cyclus In een melkwegstelsel ontstaan telkens nieuwe sterren uit een interstellair medium dat verrijkt is met de zware elementen geproduceerd in vroegere generaties van sterren. p. 17

18 Sterren en planeten (1) In stervormings- gebieden stellen we vast dat jonge sterren omgeven zijn door schijven van stof en gas. Het is uit deze schijven dat planetenstelsels ontstaan. p. 18

19 Sterren en planeten (2) In ons zonnestelsel onderscheiden we: vier kleine rotsachtige planeten dicht bij de zon vier grote gasvormige planeten ver van de zon. p. 19

20 Sterren en planeten (3) Van stof(1%)- en gas(99%)-schijf schijf tot planeet stofdeeltjes plakken samen tot planetesimalen (hm en km groot): jaar gravitatie brengt de planetesimalen geleidelijk bijeen tot planeten: jaar. Ver van de zon is er ook ijs: grotere planeten die ook het gas aantrekken en zo uitgroeien tot reuzenplaneten. p. 20

21 Sterren en planeten (4) Bij andere sterren vinden we ook planeten, maar wel Jupiters dicht bij hun moederster! Niet elk stelsel is als het onze: dynamische effecten spelen een rol. p. 21

22 Bio-astronomie... p. 22

23 De sterrenkunde vandaag De 20ste eeuw heeft de evolutie van en in het heelal ontdekt. De grote vragen vandaag gaan over het ontstaan van sterren, planeten, melkwegstelsels en het heelal. p. 23