Ewolucja gwiazd

(1)

Ewolucja gwiazd -

– białe karły, czarne dziury

Alicja Tomków

Ku czemu zmierza gwiazda gdy

wyczerpuje się wodór?

(2)

Plan wystąpienia :

 Co to jest gwiazda?

 Narodziny gwiazdy;

 Fizyczne podstawy ewolucji gwiazd;

 Okres dojrzały;

 Starość gwiazd;

 Śmierć gwiazd:

 Białe karły;

 Gwiazda neutronowa;

 Czarna dziura;

 Podsumowanie.

(3)

Co to jest gwiazda?

 Ciało niebieskie będące skupiskiem związanej grawitacyjnie materii;

 Wewnątrz gwiazd zachodzą reakcje termojądrowe;

 Gwiazda jest kulą gazową (gł. wodór i hel).

Wielkości charakterystyczne:

 Masa;

 Jasność absolutna;

 Typ widmowy:

o Typ: O, B, A, F, G, K, M Podtyp: 0-9

Słońce – G2

Gwiazda Pistolet, leżąca w centrum mgławicy Pistolet

(zdjęcie z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a).

(4)

Diagram Hertzsprunga–Russella (HR)

(5)

 Sekwencja zmian, które gwiazda przechodzi podczas swojego życia;

 Przebieg ewolucji gwiazdy zależy jedynie od jej masy w momencie rozpoczęcia reakcji termojądrowych w jej wnętrzu.

Gromady kuliste: 47 Tucanae (po lewej) i Hodge 11 w Dużym Obłoku Magellana (po prawej)

(6)

Narodziny gwiazdy

Mgławica w kształcie orła. Struktura ta jest wysoka na 10 lat świetlnych.

Źródło: NASA, JPL -Caltech, P. S. Teixeira (CfA)

Do początku od końca…

Obłok molekularny:

 skupisko cząsteczkowego wodoru;

 temperatura: 10 – 20K;

 gęstość: 10

⁶

- 10

¹⁰

cząstek na cm

³

.

(7)

Zdjęcie z teleskopu Hubble’a mgławicy Carina Nebula (NGC 3372). Obiekt ten znajduje się ok. 8000 lat świetlnych od Ziemi, a sam ma średnicę po nad 200 lat świetlnych.

Zdjęcie przedstawia formowanie się gwiazd w mgławicy. Wkrótce ich temperatura

znacząco wzrośnie i zniszczą one tym

struktury z gazu i pyłu, z których same

powstały.

(8)

Kolumnowe struktury formowane z materii międzygwiezdnej są jak góry. We wrogim środowisku ulegają erozji. Jak widać

w przedstawionej na zdjęciu mgławicy

formują się pierwsze gwiazdy o małej masie (różowe kropki).

Mgławi ca w Wielkim Obłoku Magellana,

NGC 2080. Rozciąga się na dystansie

50 lat świetlnych. Zdjęcie wykonano

za pomocą teleskopu Hubble’a.

(9)

Protogwiazda

 W czasie kurczenia się energia grawitacyjna zamienia się w ciepło, ogrzewając centrum obłoku;

 Gaz nagrzewa się do 2000 do 3000 K;

 Świeci na czerwono, ale otaczający go kokon gazowo-pyłowy pochłania promieniowanie

i wysyła je dalej w podczerwieni i w zakresie mikrofalowym.

Ewolucja gwiazd

Obszar tworzenia się

gwiazd w galaktyce

Triangulum – Trójkąta .

(10)

Co dalej?

Przebieg ewolucji gwiazdy zależy jedynie od jej masy

w momencie rozpoczęcia reakcji termojądrowych w jej wnętrzu.

Duża masa – szybsza ewolucja

(11)

Co dalej?

Przebieg ewolucji gwiazdy zależy jedynie od jej masy

w momencie rozpoczęcia reakcji termojądrowych w jej wnętrzu.

Duża masa – szybsza ewolucja

 Gwiazdy o masach mniejszych niż 0,08 masy Słońca (brązowe karły) nie są w stanie zapoczątkować przemiany termonuklearne j.

Brązowe karły w mgławicy w Orionie

Mała plamka przy tarczy gwiazdy Gliese 229

to pierwszy dostrzeżony brązowy karzeł

(12)

Fizyczne podstawy ewolucji gwiazd

 Cykl węglowo-azotowy (C-N) dla gwiazd o dużych masach i wysokiej temperaturze centralnej (wydajniejszy); zamiana wodoru w hel

 Cykl proton-proton (p-p) dla gwiazd o stosunkowo niedużych masach – o niskiej temperaturze centralnej; zamiana wodoru w

hel Mapka cyklu p-p

proton neutron pozyton elektron

pr. gamma

(13)

W dużym uproszczeniu ewolucję pojedynczej gwiazdy można podzielić na pięć etapów:

 Kurczenie się fragmentu obłoku materii (stadium protogwiazdy);

 Faza "spalania" wodoru w jądrze (gwiazda znajduje się na tzw. ciągu głównym) - to najdłuższy etap jej życia;

 Faza olbrzyma lub nadolbrzyma (dla większości gwiazd jest to czerwony olbrzym albo nadolbrzym);

 Odrzucenie otoczki lub wybuch supernowej;

 Śmierć gwiazdy (biały karzeł, gwiazda neutronowa lub czarna dziura).

(14)

Wędrówka ewoluującej gwiazdy po diagramie H-R

(15)

Starzenie się gwiazdy

Końcowe stadia ewolucji gwiazd

 Stadium, ku któremu zmierza gwiazda poprzez swą ewolucję zależy od jej masy początkowej;

 Granicą jest 8 mas Słońca;

 Poniżej; gwiazda przechodzi przez stadium mgławicy planetarnej do białego karła;

 Powyżej: gwiazda najpewniej wybucha jako Supernowa i

kończy jako gwiazda neutronowa

(16)

Mgławica planetarna

Mgławica planetarna Hantle (M 27)

Hantle… …Pierścień… …Ślimak…

Mgławica planetarna NGC 7293 Mgławica planetarna Pierścień (M 57)

Mgławica planetarna Shapley 1

Jądro mgławicy

planetarnej – biały karzeł

(17)

 Biały karzeł stygnie i nie zmienia swoich rozmiarów.

 Promień zbliżony do promienia Ziemi

 Masa: 0,4 – 1,4 masy Słońca

 Gęstość: 10

⁶

g/cm3

Budowa typowego białego karła

Biały karzeł

Zdjęcie Syriusza A i B wykonane przez Kosmiczny Teleskop

Hubble'a. By można było zarejestrować światło białego karła

(mała plamka u dołu po lewej), obraz głównej gwiazdy układu

musiał zostać mocno prześwietlony

(18)

Zdjęcie z teleskopu Hubble’a przedstawiające mały obszar blisko centrum gromady gwiazd M4 w naszej Galaktyce z dużą koncentracją białych karłów (w kółkach)

Mgławica planetarna MyCn18 w kształcie klepsydry (zdjęcie z kosmicznego teleskopu Hubble'a). Widoczne kolorowo

świecące pierścienie gazu: czerwony to azot, zielony wodór, niebieski tlen. W środku najprawdopodobniej powstanie biały karzeł

Planetarna mgławica NGC 2440

zawiera najgorętszego znanego

białego karła

(19)

Ewolucja gwiazd masywnych

Mgławica Krab (M1) jest pozostałością po supernowej, która wybuchła w roku 1054

Wybuch supernowej

Gwiazda neutronowa Czarna dziura

(20)

Po lewej: Supernowa 1987A w 2 tygodnie po odkryciu. Po prawej: To samo pole przed wybuchem

(21)

Po wybuchu gwiazd o masie około 20 razy większej od Słońca, pozostaje czarna dziura, obiekt którego siła ciężkości jest tak wielka, że nic nie może z niego uciec.

Obraz przedstawia: po lewej stronie zdjęcie galaktyki NGC 7052 wykonane z teleskopu naziemnego. Po prawej wykonano powiększenie centrum galaktyki za pomocą teleskopu Hubble'a.

Widoczny jest dysk akrecyjny otaczający prawdopodobnie supermasywną czarną dziurę.

Wizja artysty przedstawiająca widok z planety krążącej wokół czarnej dziury. Czarny pas to dysk akrecyjny otaczający czarna dziurę. Prostopadłe smugi do dysku to tzw. dżety. Są to wyrzuty

wysoko energetycznych cząstek. Czerwona poświata

to zjonizowany gaz na skutek tarcia wywołanego

akrecją na czarną dziurę.

(22)

NGC 6995, część Pętli w Łabędziu, która jest pozostałością po jakiejś nieznanej supernowej

Wybuchy supernowych wzbogacają materię międzygwiazdową w ciężkie pierwiastki.