De Zon Helderheid, afstand, temperatuur, kleur Dubbelsterren Veranderlijke sterren

Transcriptie

1 Basiscursus Astronomie en Astrofysica Leeuwarden, jan.-apr Samenstelling en opbouw van Jan de Boer, 4 maart De Zon Helderheid, afstand, temperatuur, kleur Dubbelsterren Veranderlijke sterren o 12 slides zijn van Marc Verheijen o Deel aantekeningen Monique Ankoné gebruikt 2 1

2 Zon, best bestudeerde ster Zon is veel zwaarder dan planeten (99,85% van de massa van het zonnestelsel). In kg een 2 met 30 nullen. Middellijn veel groter dan de Aarde (nl. 109x) Zon geeft zelf licht, planeten weerkaatsen licht Verder: Zon-Aarde is gemiddeld km, de astronomische eenheid of AE Symbool is Licht ( km/sec) is 8 min 11 sec naar ons onderweg NB: 1 lichtjaar = ca. 9,5 biljoen km 3 Samenstelling Zon (2e generatie ster of later) Samenstelling van de zon Waterstof (H) Helium (He) Zuurstof (O) Koolstof (C) Stikstof (N) Neon (Ne) IJzer (Fe) Silicium (Si) Magnesium (Mg) Zwavel (S) Allerlei andere stoffen % van het aantal atomen Helium het eerst op de zon ontdekt, genoemd naar god Helios 4 2

3 Intermezzo: 1e generatie sterren Verband generaties onderwerp volgende les Bestaan uit waterstof en helium van de Big Bang In onze omgeving staat ster HD , met veldkijker zichtbaar in Weegschaal Recent bleek de leeftijd minstens 13,2 miljard (=billion) jaar. (Heelal is 13,7 miljard jaar oud). IJzergehalte 100x kleiner dan van de zon en.wikipedia.org/wiki/hd_ Historische ideeën Grieken associeerden de zon met het element vuur Idee dat sterrren andere zonnen zijn met hun eigen planeten (Democrites en Epicures in de Oudheid, en Giordani Bruno, 1584) was lang onbewezen Kelvin liet in 1862 zien dat vuur onvoldoende was. Met de beste brandstof, steenkool, brandt de zon slechts 3000 jaar. Kelvin en Helmholtz berekenden dat de hitte van samentrekkende massa de Zon miljoen jaar genoeg energie leverde. Kelvin stelde dat Darwin ongelijk had met zijn evolutie in 300 miljoen jaar. Darwin ging twijfelen: Thompson's* views on the recent age of the world have been for some time one of my sorest troubles. (*later lord Kelvin). Darwin overleed 1882, probleem pas 1938 opgelost. 6 3

4 Aan de rand licht uit kleinere diepte, minder heet, daarom zwakker 7 Het vuur van de sterren Einstein, 1905: E = m x c 2 (c = snelheid licht) Hans Bethe (links) woonde vanaf 1935 in de VS, werkte aan de energiebron van de sterrren: kernfusie Bethe kreeg daar de Nobelprijs voor in 1967 (Einstein kreeg de Nobelprijs in 1921 voor de ontdekking van de wet van het fotoëlektrisch effect) Zon zet 4 miljard kg/sec om in energie in de centrale 20-25% bij T=14 miljoen Kelvin, dus iets lager dan vlg. slide (K=Celsius+273) 8 4

5 9 Brandstof voor de kernfusie Het massadefect wordt via gammastraling hitte volgens E=mc 2 Eenheid is hier 1/12 van atoomgewicht koolstof 12 C Fusiereacties lopen via veel tussenstappen waarbij andere atoomkernen ontstaan en weer worden verbruikt In de Zon levert de fusie van waterstof naar helium wel 10 miljard jaar nodige energie De andere fusies hebben temperaturen van miljoen K nodig, Die vinden we in zwaardere sterren 10 5

6 11 Wat is een steroppervlak? Ster is 100% gasbol. Stukje ster aan het oppervlak krijgt energie uit middelpunt 12 6

7 <= vergelijking granulen met Noord-Amerika 13 Zonnevlekken Magnetische storing houdt opborrelen tegen homepages.wmich.edu/~korista/ sun-images/sunspot-seeth.gif Aantal varieert in 11 jr Max. in 2013 zwak? Elke 11 jaar wisselen magn. N- en Z-pool Zon 14 7

8 Half zoveel zonnevlekken als rond

9 filmpje science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2000/ast20jan_1/ 17 Corona bij eclips (rood: protuberansen) Eerdergenoemnde protuberansen steken rood buiten de maanrand uit. Corona is geïoniseerd gas met losse elektronen (=plasma). Plaats en beweging volgens magneetveld Zon (variabel). Bevat stofdeeltjes die zonlicht weerkaatsen (wit) 18 9

10 <= filmpje wis.kuleuven.be/cpa/course.php?page=cmes 19 Zonnewind en uitbarstingen na paar dagen bij aards magneetveld, gaan naar de polen, atmosfeer licht op <=

11 De Zon Helderheid, afstand, temperatuur, kleur Dubbelsterren Veranderlijke sterren 21 Veel variatie in kleur en helderheid Orion Kleuren heldere sterren met blote oog te zien 22 11

12 Oppervlaktetemperatuur bepaalt kleur Afmeting+temperatuur bepaalt lichtsterkte golflengte van maximum x T = constant (Wien, 1893) 23 Intermezzo: aantal haren/hoofd willekeurig? 24 12

13 4 reeksen ondanks de variatie Kan zoiets met helderheid en oppervlaktetemperatuur bij sterren ook? Hoe raken we de stoorfactor afstand kwijt? (helderheid 4x zwakker bij 2x grotere afstand) 25 Parallax en parsec Parallax = verschilzicht vanuit verschillende plaatsen, voor sterren op middellijn aardbaan Friedrich Bessel mat de 1e parallax in 1838: 0,3136 boogsec bij 61 Cyg (Zwaan) Boogsec ( )=1/3600 graad Na Zon is Proxima Centauri het dichtstbij: 0,7687 (20 cent op 5,3 km) 1/parallax = afstand in parsec (<1000 sterren) 1 parsec = 3,26 ljr of ca. 31 biljoen km 26 13

14 27 Vergelijk met bekende afstand (bv. zonsomgeving) In het diagram van beide groepen is een hoofdreeks te ontdekken d.w.z. niet overal evenveel punten maar concentratie 28 14

15 Plejaden (Stier) en dubbele sterrenhoop h+χ (Perseus) 29 HRD: Hertzsprung-Russell diagram (1910) De hoofdreeksen van sterren in de zonsomgeving en de twee sterrenhopen zijn op elkaar geschoven. Resultaat alsof alle sterren op dezelfde afstand zijn gezet Y-as: Lichtkracht gedeeld door die van de Zon, elk streepje is 10x helderder of zwakker: van miljoenste (10-6 ) tot miljoen x (10 6 ) X-as: oppervlaktetemperatuur van 1000 K (rechts) tot K (links) 30 15

16 Spectrum: splitsing licht in kleuren Links kleurschifting op een cd (een fijn patroon van lijnen met putjes, nullen en enen). Rechts een tralie voor het maken van een spectrum, Een fijn krasjespatroon loopt v.l.n.r. over het glazen plaatje. (Prisma s, driehoekige blokken glas, splitsen kleuren ook. Blauw wordt sterker gebroken dan rood.) 31 Typen spectra van sterren HD = Henry Draper Catalogus met sterspectra, later met uitbreidingen tot spectra

17 Spectraalklasse en temperatuur oppervlakte Annie Cannon werkte vanaf jaar op Harvard Observatory, klassificeerde een paar sterspectra Ontwikkelde de Harvard spectrale klassificatie A-M met afnemende sterkte waterstoflijnen, ontdekte juiste volgorde naar temperatuur O (blauw) - temperatuur K B (blauw) K A (wit) K F (wit) K G (geel) K (bijv. de zon) K (oranje) K M (rood) K Oh Be A Fine Girl, Kiss Me 33 Morgan-Keenan klassificatie Uitbreiding Harvard klassificatieletter met decimale verfijing 0-9 en lichtkrachtklasse Ia-Ib- II-V en D V is het meest talrijk binnen 500 lichtjaar van Zon: 34 17

18 35 De Zon Helderheid, afstand, temperatuur, kleur Dubbelsterren Veranderlijke sterren 36 18

19 Dubbelsterren Een fysische dubbelster heeft componenten die om elkaaar heen draaien Voorbeelden zijn visuele, spectroscopische en eclipserende dubbelsterren Dubbelsterren geven mogelijkheid om stermassa uit te rekenen (kleur en spectrum geven temperatuur en chemische samenstelling) Filmpje: 37 Optische dubbelster (=schijnbaar) Dubbelster ν (Griekse letter nu) in de Noorderkroon (rechts meer vergroot) bestaat uit componenten die niet bij elkaar horen Nu-1 en nu-2 staan 555 en 545 lichtjaar van ons af 38 19

20 Visuele dubbelster Visuele dubbelsterren zijn (eventueel met kijker) gescheiden te zien EN ze draaien om elkaar heen Albireo (beta in de Zwaan) is een mooi voorbeeld in de telescoop door het grote kleurverschil van de componenten 39 Spectroscopische dubbelster Middenin de steel van de Grote Beer staat Mizar met begeleider Alcor, een optische dubbelster Mizar is in de kijker een visuele dubbelster Mizar A en B en Alcor zijn alle drie spectroscopische dubbelsterren: Links: wij staan bij de groene punt aan linkerrand en zien dat de golflengte Filmpje (en veel andere) op: ircamera.as.arizona.edu/natsci102/natsci102/lectures/otherstars.htm van spectraallijnen verandert (Doppler effect) 40 20

21 Eclipserende dubbelster Bijvoorbeeld Algol, beta in Perseus. De componenten zijn in telescopen niet gescheiden te zien In het geval van Algol draaien de componenten in 2 dagen 20 uur 49 minuten om elkaar heen en vertonen daarin 1 sterke en 1 zwakke helderheidsvermindering Filmpje: 41 Astrometrische dubbelster Astrometrie is het meten van sterbeweging langs de hemel. Wiebeltje in beweging Sirius (alfa Grote Hond) wees op aanwezigheid Sirius B (1844) met grote dichtheid (kg/l): witte dwerg, straal = 2x straal van de Aarde, massa is gelijk aan massa Zon 42 21

22 De Zon Helderheid, afstand, temperatuur, kleur Dubbelsterren Veranderlijke sterren 43 Veranderlijke sterren Enkele voorbeelden De eclipserende dubbelsterren noemen we bedekkingsvariabelen Cepheïden, genoemd naar delta Cepheus o Variërende doorzichtigheid in diepe laag doet de ster zwellen bij ondoorzichtigheid (houdt dan meer warmte vast) en krimpen bij doorzichtigheid o Periode hangt af van stergrootte, geeft dus de absolute helderheid o Uit schijnbare helderheid is dan de afstand bekend, tot in andere melkwegstelsels (meetlat voor die stelsels) o Later meer soorten pulserende veranderlijken bekend met eigen verband periode absolute helderheid (Super)novae komen een volgende keer aan bod Veel helderheidsbepalingen worden door amateurs gedaan 44 22

23 Cepheïde Filmpje van 12 foto s van de Hubble Space Telescope van een stukje van melkwegstelsel NGC 3370 op 100 miljoen lichtjaar Over 50 dagen is de variatie zichtbaar van een cepheïde en nog een andere variabele ster hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2003/24/video/b/ (klik aan GIF format ) 45 Variabelen in M3 RR Lyrae s in filmpje van 4 foto s uit 1 nacht (enkele witte sterren). Kortperiodieke broertjes van de cepheïden. M3 is een zogenaamde bolvormige sterrenhoop ( sterren) in ons eigen Melkwegstelsel. De helderheid van de RR Lyrae s geeft zijn afstand (33900 lichtjaar). (NB. open sterrenhopen zoals de Plejaden, h+χ in Perseus, en de volgende dia hebben in de orde van 1000 sterren)

24 Tot slot het Juwelenkistje (in Zuiderkruis) 47 Recente Afst. Abs.m Na toevoegng lichtkrachtklasse werd het type verder uitgebreid, in het spectrum hier bijv. m=metalen (=meer dan H en He), p=peculiair (bijzonder), e=emissielijnen. Intussen tientallen aanvullende codes