Transcript “De mens tussen de sterren” Henny J.G.L.M. Lamers Sterrenkundig Instituut Universiteit Utrecht [email protected] Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005

“De mens tussen de sterren”
Henny J.G.L.M. Lamers
Sterrenkundig Instituut
Universiteit Utrecht
[email protected]
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
1
Een stukje sterrenhemel:
miljoenen sterren
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
2
Een hete gas wolk ~10000 graden
verhit door UV straling van hete sterren
waterstof
70%
helium
28%
(rest)
2%
vooral
koolstof,
stikstof
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
3
zuurstof
Een koude stofwolk : ~ -260 graden C
uiterst kleine roet en zand korreltjes
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
4
“Paardenkop nevel”:
koude stof-gaswolk
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
5
Een wolk waaruit sterren gevormd worden
Zichtbaar licht
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
6
Een wolk waaruit sterren gevormd worden
Zichtbaar licht
Infrarood opname
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
7
Ster vorming in de Adelaar nevel
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
8
Gas-stof kolommen in Adelaar nevel
materiaal voor honderden sterren
Hubble
“Pillars of
creation”
Ruimte
Telescoop
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
9
De Orion gasnevel:
te zien met het blote oog !
Afstand:
1400 lichtjaar
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
10
Orion nevel: planetenstelsels in wording
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
11
Stofschijven rondom sterren in Orion nevel:
planeten stelsels in wording?
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
12
Ontstaan van aarde en planeten?
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
13
De zon
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
14
de “motor” van de zon : kernfusie
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
15
Energie produktie door H fusie
• 4 protonen : 4x1.00727 = 4.0291 a.m.u
• 2 electronen: 2x0.00055 = 0.0011 a.m.u
•
----------•
in
4.0302 a.m.u
• He kern
uit
4.0015 a.m.u
•
---------•
omgezet in energie 0.0287 a.m.u.= 0.7 %
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
16
Bereken de maximale levensduur van de
zon door H-fusie
Levensduur = Energie voorraad/Energie verbruik
•
•
•
•
Massa van de zon = 2.0 1030 kg
70% is waterstof = 1.4 1030 kg H
1/7 van de massa zit in de kern : 2.0 1029 kg H
Bij H fusie wordt 0.7 % omgezet
in energie:
1.4 1027 kg H
• Opgewekte energie voorraad E=mc2 : 1.3 1044 J
• Straling van de zon :
3.8 1026 J/s
• Maximale levensduur = Energie/Verbruik
17 s
10 jr !!
=
3.4
10
=
1
10
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
17
De levensduur van sterren
tmax =~ 1010 (M/Mzon)/(L/Lzon) jr
Massa Helderheid
(x Zon) (x Zon)
Levensduur
geschat
Levensduur
berekend
1
1
10 miljard
10 miljard
3
70
420 miljoen 450 miljoen
5
450
110 miljoen 150 miljoen
20
40 000
5 miljoen
10 miljoen
60
500 000
1.2 miljoen
4 miljoen
--------------------------------------------------------------0.8
0.5
18 miljard
20 miljard
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
18
Conclusies
1. Hoe zwaarder de ster, des te korter zijn leven
2. De zwaarste sterren leven slechts een paar
miljoen jaar: dus bijna alle zware sterren die ooit
zijn gevormd zijn al verdwenen
3. Sterren lichter dan 0.8 Mzon kunnen ouder
worden dan 14 miljard jaar (= leeftijd van heelal)
dus alle lichte sterren die ooit zijn gevormd
bestaan nog !!!
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
19
Fusie van helium → koolstof → zuurstof
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
20
Belangrijkste fusie reakties in sterren
grondstof
Waterstof
Helium
Koolstof +He
Zuurstof
Silicium
→
→
→
→
→
produkt
temperatuur
Helium
Koolstof
Zuurstof
Silicium
IJzer
10 miljoen
100 miljoen
200 miljoen
1 miljard
2 miljard
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
21
De zon over 3.5 miljard jaar :
een rode reus: R=50 Rzon
opzwellen doordat ster convectief wordt
aarde verliest water en dampkring !
Verdroogde
aarde
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
22
300 miljoen jaar later :
rode superreus : R=300 Rzon
einde van de aarde !!
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
23
Afmeting van rode superreus
op schaal t.o.v. zon
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
24
Rode superreus met kern van helium
en koolstof = “pit” van de zon
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
25
de zon gaat “pulseren”
en stoot daarbij buitenlagen af
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
26
Buitenlagen zijn uitgestoten:
“ring nevel”
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
27
“zandloper” nevel
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
28
“katte-oog” nevel
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
29
Katte-oog nevel lang belicht
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
30
Het einde van de zon:
resterende “pit” is een witte dwerg
Witte dwerg:
Afmeting ~ als aarde
Massa ~ helft van zon
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
31
Supernova 1987A
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
32
Supernova 1987A
een ontploffende zware ster ~25 Mzon
Helderheid
108 x Zon
Maanden lang
25 febr 1987
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
33
“krab-nevel”
restant van ster die in 1054 ontplofte
expansie snelheid ~ 1500 km/s
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
34
restant van oude supernova explosie
“sluier nevel”
chemisch verrijkt met He, C, N, O, Fe enz
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
35
Nieuwe stervorming uit restanten
van oude sterren
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
36
Conclusies:
1 Sterren produceren alle elementen door kernfusie
in centrum
2. Producten komen aan eind van het leven vrij in
uitgeblazen schillen of supernova explosies
3. Uitgestoten gas ontmoet andere nevels en klontert
samen
4. Hieruit ontstaan nieuwe sterren: verrijkt!
5. Zon en aarde zijn ontstaan uit verrijkte wolken
6. Ieder atoom in ons lichaam (behalve H)
is in sterren gevormd.
Wij zijn gemaakt van “sterrenstof”
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
37
Informatie
• Hubble plaatjes op web:
•
www.heritage.stsci.edu
•
http://oposite.stsci.edu/pubinfo
• Nederlandse sterrenkunde webstek (o.a. voor scholieren):
•
www.astronomy.nl
• Populair artikel:
“Het ontstaan van sterren gezien door de Hubble Space
Telescope” Henny Lamers, Zenit, September 1999
Moderne Natuurkunde, 6 Oct 2005
38