entwicklung enger doppelsterne. inhalt einleitung einige theoretische bemerkungen entwicklung enger...
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Entwicklung
enger
Doppelsterne
Inhalt
Einleitung
Einige theoretische Bemerkungen
Entwicklung enger Doppelsterne
1 ) Entwicklung der Primärkomponente
2) Entwicklung der Sekundärkomponente
Einleitung
What is their frequency?
It turns out that most stars are mutiple!
48 % of stars are single.
36 % of stars are binary.
12 % of stars are triple.
4 % of stars are in quadruple systems.
This has important implications for theories of star formation.
Mehr als die Hälfte aller Sterne sind in Mehrfachsystemen und
Doppelsternen eingebunden - die um ihren gemeinsamen
Schwerpunkt kreisen.
Einleitung
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Press Release
Release No.: 06-11For Release: Monday, January 30, 2006 Note to editors: An image to accompany this release is online at http://www.cfa.harvard.edu/press/pr0611image.html.
Most Milky Way Stars Are Single
Cambridge, MA - Common wisdom among astronomers holds that most star systems in the Milky Way are multiple, consisting of two or more stars in orbit around each other. Common wisdom is wrong. A new study by Charles Lada of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) demonstrates that most star systems are made up of single stars. Since planets probably are easier to form around single stars, planets also may be more common than previously suspected.
Einleitung
In engen Doppelsternen:
Auftreten starker wechselseitiger Gezeitenkräfte
Bestrebung: Synchronisierung der Rotationsperiode
& Bahnumlauf
Direkte physikalische Wechselwirkung:
- Gemeinsame Gashüllen- Gasstrom von einer Komponente zur anderen- Gasstrom nicht direkt auf 2. Komponente – bildet,
wegen Drehimpulserhaltung, rotierende
Akkretionscheibe
Einleitung
Modellvorstellung
Einleitung
Ursache für den Massenaustausch Veränderung der Sternradien,
vorallem im Nachhauptreihenstadium
Definition: in allen Doppelsternsystemen
unabhängig davon, ob sich eventuell im Laufe der späteren
Entwicklung das Massenverhältnis umdreht
Massereichere HR-Komponente = Primärkomponente
Masseärmere HR-Komponente = Sekundärkomponente
Einige theoretische Gedanken
Betrachtung:
Äquipotentialfläche eines Doppelsystems, dessen Komponenten
anfangs noch getrennt sind:
Dann haben wir im Punkt P ein Graviationspotential ΦG
ΦG = -G { + }M1 M2
r1 r2
r1 r2
M1 M2
P
Rotation des Systems mit Winkelgeschwindigkeit ω
die Zentrifugalkraft zω2 kann durch ein zusätzliches
Potential Φz dargestellt werden:
z = Abstand von der Drehachse
Φz =
Dreh-achse
z
Einige theoretische Gedanken
z2 · ω2
2 ω
Auf einer nun resultierenden Potentialfläche
Φ = Φz + ΦG
= +
kann ein Probekörper ohne Arbeitsaufwand bewegt werden.
-G { + }M1 M2
r1 r2
z2 · ω2
2
(z.B: Meeresoberfläche)
Einige theoretische Gedanken
Von innen nach außen:
Sind in Doppelsternsystemen beide Komponenten zunächst
von ihren eigenen geschlossenen Äquipotentialflächen umgeben
bis zu einer gemeinsamen Fläche : = Rochefläche o.
Rochesche Grenzfläche
Weiter außen: alle Flächen umhüllen beide Massen gemeinsam
[1848: französische Mathematiker Edouard Roche (1820-1883)
erkannte den Zusammenhang bei der Berechnung der Entfernung,
bei der ein Satellit (z.B. Mond) durch die Gezeitenkräfte seines
Zentralgestirns zerrissen wird.]
Einige theoretische Gedanken
Von innen nach außen:
Sind in Doppelsternsystemen beide Komponenten zunächst
von ihren eigenen geschlossenen Äquipotentialflächen umgeben
bis zu einer gemeinsamen Fläche : = Rochefläche o.
Rochesche Grenzfläche
Weiter außen: alle Flächen umhüllen beide Massen gemeinsam
[1848: französische Mathematiker Edouard Roche (1820-1883)
erkannte den Zusammenhang bei der Berechnung der Entfernung,
bei der ein Satellit (z.B. Mond) durch die Gezeitenkräfte seines
Zentralgestirns zerrissen wird.]
Einige theoretische Gedanken
M1 M2
Schwer-punkt
Von innen nach außen:
Sind in Doppelsternsystemen beide Komponenten zunächst
von ihren eigenen geschlossenen Äquipotentialflächen umgeben
bis zu einer gemeinsamen Fläche : = Rochefläche o.
Rochesche Grenzfläche
Weiter außen: alle Flächen umhüllen beide Massen gemeinsam
[1848: französische Mathematiker Edouard Roche (1820-1883)
erkannte den Zusammenhang bei der Berechnung der Entfernung,
bei der ein Satellit (z.B. Mond) durch die Gezeitenkräfte seines
Zentralgestirns zerrissen wird.]
Einige theoretische Gedanken
Von innen nach außen:
Sind in Doppelsternsystemen beide Komonenten zunächst
von ihren eigenen geschlossenen Äquipotrentialflächen umgeben
bis man zu einer gemeinsamen Fläche kommt: = Rochefläche o.
Rochesche Grenzfläche
Rochesches Volumen
Einige theoretische Gedanken
Unterscheidung von
Kontaktsysteme
… entsprechend der räumlichen Ausfüllung des Rocheschen
Volumens
Einige theoretische Gedanken
Halbgetrenntes System
Getrenntes System
aufbauend auf Ergebnissen für Einzelsterne
Was im Einzelnen geschieht =
f (anfängliche Sternmassen, Abstand,
Massen- & Drehimpulsverlust)
daraus resultiert große Vielfalt möglicher
Doppelsternkonfigurationen
(erklärt mit den Zoo von Veränderlichen)
Grundzüge der Entwicklung
entwickelt sich massenreichere Primärkomponente als
erste zu einem Roten Riesen Vergrößerung von R
wächst R über Rochesche Fläche hinaus Materiefluß
durch den inneren Lagrangepunkt L1 auf Komponente 2
so entsteht ein System, bei dem die weiterentwickelte
Komponente die kleinere Masse hat
fällt aus Masse-Leuchtkraft-Beziehung heraus
Grundzüge der Entwicklung
Annahme: Massen M1 & M2 beider Komponenten seien nicht
identisch (meistens)
Dann:
Grundzüge der Entwicklung
Änderung des Abstandes beider Komponenten als Folge
des Massenaustausches:
für den Fall: M1 + M2 = const. &
der gesamte Bahndrehimpuls L
bleibt erhalten
L = a2 M1 ω + a2 M2 ω = const.
ω = Kreisfrequenz des Bahnumlaufes =
ai = Abstand der i –ten Komponente vom Schwerpunkt
2π
P = Bahnperiode
1 2
Grundzüge der Entwicklung
nun Einsetzen in L = … :
Schwerpunktsatz M1 a1 = M2 a2
& 3. Keplersche Gesetz ω2 a3 = G (M1 + M2)
Ergebnis: Abstand a ist proportioanl zu folgender Funktion
des Massenverhältnisses
a
beide Sterne befinden sich im minimalen Abstand, wenn q = 1,
d.h. M1 = M2
Radius der beiden Rocheflächen hängt
- zum einen von q ab,
- zum anderen ist er direkt propotional zum Abstand a
q = M1 / M2
(1 + q)4
q2
Grundzüge der Entwicklung
Für die meisten Systeme beginnt starke Wechselwirkung erst,
wenn eine Komponente sich von der Hauptreihe
wegentwickelt
Ausnahme: W UMa-Sterne
… sind so eng, dass sich ihre Roche-Flächen bereits
im Hauptreihenstadium berühren
W Ursae Majoris Sternsysteme
Das W UMa Sternsystem
- gibt der Klasse der Kontaktsysteme innerhalb der Bedeckungs-
veränderlichen seinen Namen
- zwei sich berührende, sonnenähnliche Sterne (0.8 bzw. 1.14 M)
- mit gemeinsamer äußerer Gashülle
- umkreisen sich
dreimal am Tag
Grundzüge der Entwicklung
Wechselwirkung von engen Doppelsternen, wenn eine
Komponente sich von HR wegentwickelt:
bereits bevor Stern 1 seine Roche-Fläche ausfüllt:
- Aufheizung des kühleren HR-Begleiters,
- Inititieren von Oberflächenaktivität
(mögliche Ursache für starke Röntgen- & Radioemissionen
der RS CVn Veränderlichen (= RS Canum Venaticorum )
erreicht Stern 1 seine Roche-Fläche:
- erst Phase mit großen Massenstrom durch L1 in relativ
kurzer Zeit (≈ tHK) bis M1 ≈ M2
- dann: Phase mit Phase mit langsameren Gasstrom (≈ tn)
Grundzüge der Entwicklung
Wechselwirkung von engen Doppelsternen, wenn eine
Komponente sich von HR wegentwickelt:
bereits bevor Stern 1 seine Roche-Fläche ausfüllt:
- Aufheizung des kühleren HR-Begleiters,
- Inititieren von Oberflächenaktivität
(mögliche Ursache für starke Röntgen- & Radioemissionen
der RS CVn Veränderlichen)
erreicht Stern 1 seine Roche-Fläche:
- erst Phase mit großen Massenstrom durch L1 in relativ
kurzer Zeit (≈ tHK) bis M1 ≈ M2
- dann: Phase mit Phase mit langsameren Gasstrom (≈ tn)
Aus Niel BrandtAstronomievorlesungPennsylvania State University
Grundzüge der Entwicklung
Wechselwirkung von engen Doppelsternen, wenn eine
Komponente sich von HR wegentwickelt:
erreicht Stern 1 seine Roche-Fläche:
1) erst: Phase mit großen Massenstrom durch L1 in relativ
kurzer Zeit (≈ tHK) bis M1 ≈ M2
2) folgend: Phase mit Phase mit langsameren Gasstrom (≈ tn)
M
Grundzüge der Entwicklung
β Lyrae in der ersten Phase
Vergleich mit Beobachtungen von Bedeckungsveränderlichen
Grundzüge der Entwicklung
Vergleich mit Beobachtungen von Bedeckungsveränderlichen
β Lyrae in der ersten Phase
Algol (β Persei) in der zweiten Phase
John M. Blondin, Marcedes T. Richards, Michael L. Malinowski (North Carolina State University)
Mass transfer in binaries
Grundzüge der Entwicklung
Vergleich mit Beobachtungen von Bedeckungsveränderlichen
Beide Systeme:
gemeinsame Gashülle das ist ein Hinweis: Stern 2
kann den Gasstrom nicht vollständig aufnehmen
Verlust von M & Drehimpuls !
β Lyrae in der ersten Phase
Algol (β Persei) in der zweiten Phase
Grundzüge der Entwicklung
Weitere Entwicklung Roter Riese + HR-Stern:
R1 verkleinert sich durch Verlust
der H-reichen Hülle oder/und
Einsetzen des He-Brennens
Stern 1 zieht sich von Roche-Grenze
zurück Massenstrom versiegt
alle Brennen im Stern 1 beendet
Kontraktion zu WZ oder NS
Ergebnis:
relativ weites Doppelsternpaar mit
einen HR-Stern als massenreichere
Sekundärkomponente
& WZ o. NS als Primärkomponente (wenn SN System nicht kaputt macht)
Grundzüge der Entwicklung
Weitere Entwicklung Roter Riese + HR-Stern:
R1 verkleinert sich durch Verlust
der H-reichen Hülle oder/und
Einsetzen des He-Brennens
Stern 1 zieht sich von Roche-Grenze
zurück Massenstrom versiegt
alle Brennen im Stern 1 beendet
Kontraktion zu WZ oder NS
Ergebnis:
relativ weites Doppelsternpaar mit
einen HR-Stern als massenreichere
Sekundärkomponente
& WZ o. NS als Primärkomponente (wenn SN System nicht kaputt macht)
ZeitlicheEntwicklung
Rotations-achse
q = M1/M2 = 2
Beginn Masse- Verlust bei Stern 1
Entwicklungsequenz
q = M1/M2 = ½
Stern 1 Stern 2
Ende M bei q = 1/10,letzter Kontakt mit Rochefl.
Kontraktion zu kompakten Stern
1)
2)
3)
4)
5)
Grundzüge der Entwicklung
Auf dem Wege zu diesen Konfigurationen:
Anomalien in den Elementhäufigkeiten an der
Sternoberfläche
Folge des H- & He-Brennens in Verbindung mit dem
starken Massenausstausch:
- OB Sterne mit CNO-Anomalien
- Wolf-Rayet-Sterne
- Bariumsterne
Grundzüge der Entwicklung
da HR-Lebenszeit der Sterne = f (M)
Primärkomponente erreicht zuerst eine Endphase
später:
- Sekundärkomponente zum Roten Riesen,
nun mit vertauschten Rollen
- da kompakte Primärkomponente tiefes Gravitationspotential
effektives Aufsammeln der überströmenden Materie
- ist Stern 1 ein NS:
verschiedene Erscheinungsformen
der Röntgendoppelsterne
hält Akkretion lang genug an Bildung SL
Grundzüge der Entwicklung
Erscheinungsformen der Röntgendoppelsterne
Ursache der Röntgenemission: Akkretion der überströmenden Materie auf einen Neutronenstern oder Schwarzen Loch (mit/ohne Scheibe)
Röntgenleuchtkraft so hoch (1027-1032 W) nicht vom WZ möglich
Röntgenpulse kurzer Periode NS
Energiequelle für Röntgenemission: freiwerdende potentielle Gravitationsenergie des akkretierenden Gases
Lx = M um L = 1031 W zu produzieren genügt geringer
Gasstrom bei MPrimär = 1 M & M = 10-8 M/yr
GM
R
Primärkomponente ist stets ein NS oder Schwarzes Loch !
Grundzüge der Entwicklung
Erscheinungsformen der Röntgendoppelsterne
Massereiche RDS:
- Sekundärkomponente: junger OB-Stern mit M > 10 M
- Lx/Lopt = 10-3…10
- NS hat starkes Magnetfeld Materiestrom auf die Pole
Massearme RDS:
- stark im weichen Röntgenbereich strahlend (Lx > 1027W),
nicht gepulsed
- Teil: Röntgenburster zeigen unregelmäßige Ausbrüche
- Objekte zum Milchstraßenzentrum hin konzentriert alte Objekte:
Magnetfeld des NS weitgehend bereits zerfallen (B = 104…6 T),
wesentlich schwächer deshalb Gasstrom in
Akkretionsscheibe
Grundzüge der Entwicklung
da HR-Lebenszeit der Sterne = f (M)
Primärkomponente erreicht zuerst eine Endphase
später:
- Sekundärkomponente zum Roten Riesen,
nun mit vertauschten Rollen
- da kompakte Primärkomponente tiefes Gravitationspotential
effektives Aufsammeln der überströmenden Materie
- ist Stern 1 ein NS:
verschiedene Erscheinungsformen
der Röntgendoppelsterne
hält Akkretion lang genug an Bildung SL
Cygnus X-1 Optisches Bild
X-ray Exosat
- Entdeckt: 1972, kanadischer Astronom: Tom Bolton - Cyg X-1 hat einen blauweißen Riesen (Spektraltyp O9.7) als Begleiter mit 18 M, R = 17R, mv = 8.84mag, Umlaufzeit beträgt nur 5.6 d - physikalische Abstand des Doppelsterns nur 20 R! - das kompakte Objekt (SL-Kandidat) hat eine Masse von etwa 5 bis 8 oder 16 Sonnenmassen.
Grundzüge der Entwicklung
http://www.mpe.mpg.de/~amueller/astro_co.html
Objekt
XTE J1118+480
Cyg X-1
SS 433
Cyg X-3
GRS 1915+105
Liste heute bekannter stellarer SL-Kandidaten
Entfernung
1.8 kpc
2.0 bis 2.5 kpc
3.0 kpc (NS o. SL)
10.0 kpc (NS o. SL)
12.5 kpc
Wirt
Begleitstern
blauweißer Riesenstern
Begleitstern
Wolf-Rayet Stern
Begleitstern
XTE J118+480 (Entdeckung 2001)
ein SXT (Soft X-ray Transient) = Quelle die übergehend sehr hell im Bereich der weichen Röntgenstrahlung leuchtet. Entdeckung: während einer Röntgendurch- musterung, März 2000, RXTE All-Sky Monitor sitzt im Galaktischen Halo (Ursa Major)
Entfernung ≈ 1.8 kpc = nächst liegender SL Kandidat Binärsystem: SL 6.0 - 7.7 M + Begleitstern 0.09 - 0.5 M
Quelle zeigt quasi-periodische Oszillationen im Bereich von wenigen Hertz, globalen, räumlichen Schwingungen in der Akkretionsscheibe Plasmaausströmungen
da HR-Lebenszeit der Sterne = f (M)
Primärkomponente erreicht zuerst eine Endphase
später:
- Sekundärkomponente zum Roten Riesen,
nun mit vertauschten Rollen
- da kompakte Primärkomponente tiefes Gravitationspotential
effektives Aufsammeln der überströmenden Materie
- ist Stern 1 ein NS:
verschiedene Erscheinungsformen
der Röntgendoppelsterne
hält Akkretion lang genug an Bildung SL
- ist Stern 2 ein WZ:
Vielfalt kataklysmischer Veränderlicher
Grundzüge der Entwicklung
enge halbgetrennte Systeme
Primärkomponente: immer Weißer Zwerg
Sekundärkomponente: massearmer Stern: HR-Stern, meistens Roter Riese
Überströmen von Materie vom Sekundärstern auf die Primärkomponente
um Primärstern: Akkretionsscheibe mit „hot spot“
kurze Umlaufperioden: 0.06-0.6 d
Modellvorstellung: - kein vorhandenes Teleskop löst diese Systeme auf - passt aber gut zu beobachtbaren Spektren
Kataklysmische Veränderliche
CV = cataclysmic variables
Abstand a:
a = 1.1 { } (M1 + M2)1/3 R
P orb = binary orbital period
scheinbare Lücke in den Umlaufperioden zwischen 2-3 h (the so-called "period gap")
Leuchtkraft (für alle kompakte Binärsysteme) dominiert durch Akkretion !
L = G M MWZ/RWZ ~ 2.2 (M/10–9 M yr–1 ) (MWZ/M) (RWZ/104 km)–1 L
max. Energieausstoß im UV - X-ray Untersuchung mit UV- & X-ray Satelliten
With the nearest systems at distances of ~ 100 parsecs (320 light years) from Earth, the space density of CVs is moderately large (a few X 10–5 parsec–3) and the total number in the Galaxy is huge (~ 106).
The orbital evolution of these binaries, and hence the mass-transfer rate (Mdot) from the secondary to the white dwarf is driven by magnetic braking of the secondary for long-period systems (Porb > 3 hr) and gravitational radiation for short-period systems (Porb < 3 hr).
Kataklysmische Veränderliche
CV cataclysmic variables
Porb [h] 2/3
3 [h]
Unterscheidung:
a) non-magnetic
Weißer Zwerg ohne Magnetfeld besitzt eine Akkretionsscheibe
b) magnetic (Polars)
Weißer Zwerg mit Magnetfeld hat keine Akkretionsscheibe
Kataklysmische Veränderliche
CV cataclysmic variables
Unterscheidung:
a) non-magnetic
Weißer Zwerg ohne Magnetfeld besitzt eine Akkretionsscheibe
b) magnetic (Polars)
Weißer Zwerg mit Magnetfeld hat keine Akkretionsscheibe
Kataklysmische VeränderlicheCV cataclysmic variables
http://www.aip.de/highlight_archive/schwarz_cv/index.html
Animation of a cataclysmic variable with a magnetic white dwarf (blue circle) accreting onto two poles via extended curtains. The colour coding represents the line-of-sight velocities of the specific parts in the accretion flow (J. Vogel).
Two Doppler maps of two CVs clearly showing an accretion disk (left) and a magnetic CV (right) dominated by strong emission from the ballistic stream.
Schwarz, A.D. Schwope, A. Staude, R.A. Remillard, 2005, A&A 444, 213
Kataklysmische Veränderliche
Vergleich der 2D-Geschwindigkeitskarten
http://www.aip.de/highlight_archive/schwarz_cv/index.html
Kataklysmische Veränderliche
Magnetische CV -Sterne
Künsterische Darstellungen
http://www.aip.de/highlight_archive/schwarz_cv/index.html
Kataklysmische Veränderliche
Intermediate Polars
http://astro.uni-tuebingen.de/~djkuster/phi/ps/astrotag_CV.pdf
Kataklysmische Veränderliche
Polars & Intermediate Polars
Aus Niel BrandtAstronomievorlesungPennsylvania State University
http
://w
ww
.ast
ro.p
su.e
du/u
sers
/nie
l/ast
ro48
5/le
ctur
es/le
ctur
es4
85.h
tml
Zwei wichtige Strukturen
Teff of the accretion disk ranges from ~ 5000 K at its outer edge to ~ few x 104 K at its inner edge Abstrahlung hauptsächlich optisch – FUV
Grenzschicht Scheibe-WZ: kleine Ausmaße + große L Teff (Grenzschicht) » T eff (Scheibe)
Non-magnetic cataclysmic variables
Kataklysmische Veränderliche
1) Akkretionsscheibe, in der bereits die Hälfte von Epot der akkretierenden Materie aufgefangen wird &
2) Grenzschicht zwischewn Akkretionsscheibe und der Oberfläche des WZ, wo Ekin in Eth and Erad umgewandelt wird
Ist M hoch (M ~ 10-8 M/yr):
Grenzschicht ist optisch dick,
Teff ~ 105 K (10 eV)
System strahlt hauptsächlich
im EUV & soft X-ray band
Ist M niedrig (M ~ 10-11 M/yr)
Grenzschicht ist optisch dünn, Teff ~ 108 K (10 keV)
System strahlt hauptsächlich im X-ray band
high-velocity (v ~ 3000 km/s) outflows ("winds") mit (M ~ 10-11 M/yr)
Hinweis von: P Cygni profiles of their ultraviolet resonance lines
Oberflächenwind der Akkretionsscheibe verursacht durch
Strahlungsdruck und möglicherweise magnetische Kräfte
Kataklysmische Veränderliche
Non-magnetic cataclysmic variables
Kataklysmische Veränderliche
Modell für einen non-mag. Kataklysmischen Veränderlichen
Sichtbarkeit heißer Fleck
Roter Riese verdeckt Scheibe
Lichtkurve und ihre Merkmale
Grundzüge der Entwicklung
Klassische Novae
Kataklysmische Veränderliche = Vorläufersysteme von klassischen Novae
nach einiger Zeit des Massenüberstroms von Sekundärkomponente auf WZ kommt es zum so genannten thermonuklearen Runaway, = explosives Wasserstoffbrennen auf der Oberfläche des weißen Zwerges
Novae wiederkehrende Ereignisse mit Periodendauern zwischen Monaten und einigen Millionen Jahren (unregelmäßig)
zwei Typen: = f (Masse des ursprünglichen Sterns, der sich zum weißen Zwerg entwickelte)
a) Mursprünglich < 8 M : endet die Phase der nuklearen Energieerzeugung mit dem Heliumbrennen,
b) Mursprünglich > 8 M : auch Kohlenstoffbrennen
Grundzüge der Entwicklung
Nova-Ausbrüche Dauer: 10 …100 Tage Helligkeitsänderung: um bis zu 100000-fache L
1000 Tage nach Ausbruch: Nebel sichtbar
HST image of Nova Cygni 1992: die abgestoßene äußere Hülle ist sichtbar VHülle ≥ 1000 km/s
Klassische Novae
V4743 Sgr = Nova 2002-3 Sgr
Grundzüge der Entwicklung
Zwergnova-Ausbrüche Dauer: 10 …1000 Tage Helligkeitsänderung: bis zu 100-fach unregelmäßige kurze Perioden: 4-10 Wochen
- Novaausbrüche entstehen auf WZ
- Zwergnovaausbrüche in/auf der Akkretionsscheibe
Zwergnovae
Fakt:
Z Camelopardalis (Z Cam) is one of the brightest dwarf novae in the sky, and at a distance of 163 pc.It is also one of the closest. About every 20 days it brightens by up to a factor of 40 (to apparent visual magnitude ~ 10), returning to minimum a few days later. Ultraviolet GALEX image: Material ejected hundreds or thousands of years ago during the last nova eruption.
Grundzüge der Entwicklung
Klassische Novae
zwei Typen: = f (Masse des ursprünglichen Sterns, der sich zum weißen Zwerg entwickelte)
a) Mursprünglich < 8 M : endet die Phase der nuklearen Energieerzeugung
mit dem Heliumbrennen,
b) Mursprünglich > 8 M : auch Kohlenstoffbrennen
Pimär
Primär
resultierenden Novae unterscheiden sich durch:
a) Verteilungen schwerer Elemente
b) aufgrund der verschiedenen Massen der Primärkomponenten,
durch die Periodendauer und »Heftigkeit« der Ausbrüche
mit MWZ steigt auch Tmax verschiedene Elementproduktionsprozesse
aktiv
schwerer WZ benötigt weniger akkretierte Materie
(und damit weniger Zeit) für Ausbruch
massearmere Nova-Version:
beobachteten Überhäufigkeiten O & C CO-Nova
massereichere Version:
Überproduktion von vor allem O, Ne, und Mg ONeMg-Novae
Grundzüge der Entwicklung
Klassische Novae
mit MWZ steigt auch Tmax
verschiedene Elementproduktionsprozesse aktiv
schwerer WZ benötigt weniger akkretierte Materie
(und damit weniger Zeit) für Ausbruch
masseärmere Nova-Version:
beobachteten Überhäufigkeiten O & C CO-Nova
massereichere Version:
Überproduktion von vor allem O, Ne, und Mg ONeMg-Novae
Grundzüge der Entwicklung
Klassische Novae
beim thermonuklearen Runaway: T ≈ 10 8 K Nukleosynthese über CNO-Zyklen (massearm), sowie auch NeNa- und MgAl-Zyklus (massereicher)
da nicht die gesamte akkretierte Schale brennt und eine Durchmischung innerhalb der Schale stattfindet, können in diesen Zyklen produzierte Elemente aus dem Kreislauf ausbrechen Elementeanreicherung
Novae tragen so erheblich zum Vorkommen der Isotope 13C, 15O, 17N im Universum bei
Häufigkeit: ≈ 35 (klassische) Novae pro Jahr in Galaxis (große Häufigkeit der CV + kurze Zeitabstände)
gesamter Materieausstoß in Galaxis: 3-10 M/yr
Grundzüge der Entwicklung
Rekurrente Novae
Leuchtkraft & Frequenz der Ausbrüche zwischen Zwerg- und klassischen Novae = wiederkehrende Novae
inhomogene Gruppe:
- ein Teil der Ausbrüche: thermonuklearer Runaway in der Akkretionsscheibe des WZ‘s
- einige Ereignisse erklärt durch: Instabilitäten in der Akkretionsscheibe oder plötzliche Schwankungen im Massentransfer in einem Binärsystem: Riese + HR-Stern
= Bindeglied zwischen den klassischen (Runaway) und den Zwergnovae (Instabilitäten)
Die Einstufung als RN (nach Webbink et al.):Es müssen zwei oder mehr Ausbrüche mit maximal erreichten absoluten Helligkeiten vergleichbar mit denen von klassischen Novae (M < –5,5M) beobachtet worden sein. Ausstoß einer diskreten Schale mit Expansionsgeschwindigkeiten v > 300 km/s.
Grundzüge der Entwicklung
Rekurrente Novae
Die Einstufung als rekurrente Nova (nach Webbink et al.):
1) Es müssen zwei oder mehr Ausbrüche mit maximal erreichten absoluten Helligkeiten vergleichbar mit denen von klassischen Novae (MV < –5.5mag) beobachtet worden sein
2) Ausstoß einer diskreten Schale mit Expansions- geschwindigkeiten v > 300 km/s
Lichtkurve von SS CygΔ T = 50 Tage nach Beobachtungen von P.Enskonatus, A.Holbe, G.Krisch, M.Kuzmin, T.Lange, J.Neumann, D.Süßmann, F.Vohla
Grundzüge der Entwicklung
Schließlich endet auch Entwicklung Sekundärkomponete
1) als WZ + Planetarischer Nebel
2) als NS oder
3) als SL
entsprechend, der bereits vorhandenen Primärkomponente kann
nun entstehen:
Sekundärkomponente WZ:
- ein relativ weites Paar von WZs
- ein Paar aus WZ & NS (Primärkomponente o. SL)
Sekundärkomponente NS + Supernova :
explodiert Stern 2 als SN Zerstörung Bindung des Systems,
jede Komponente fliegt als „runaway-Stern“ mit ≈100 km/s davon
Erklärung hoher Raumgeschwindigkeiten vieler Radiopulsare
Grundzüge der Entwicklung
… hat hingegen Stern 2 hinreichend viel Masse verloren
schwacher SN-Ausbruch
Entstehung gebundenes NS-Paar
Paare aus NS & SL oder SL & SL = schwer beobachtbar
Paar NS + NS
http://en.wikipedia.org/wiki/PSR_J0737-3039
PSR B1913+16 entdeckt 1974 von Taylor and Hulse 1993 Nobel Prize in Physics Pulsar and NS
PSR J0737-3039 entdeckt 2003 von einem an international team of scientists from the UK, Australia, Italy and the USA Pulsar + Pulsar
= Testlabor für die Graviationstheorie
Doppelpulsare
23-millisecond pulsar PSR J0737-3039A 2.8-second pulsar PSR J0737-3039B
Umlaufperiode: 2.4 h
Genauester Test der Gravitationswellentheorie: der Durchmesser der Umlaufbahn veringert sich 7mm pro Tag !Coalesce in about 85 million years
PSR J0737-3039A,B
The supernova remnant G11.2-0.3 in which the double pulsar lies.
http://en.wikipedia.org/wiki/PSR_J0737-3039
RX J0806.3+1527 Animation: Doppel Weißer Zwerg
http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap050601.html
Grundzüge der Entwicklung
Die Röntgenquelle Cyg X1 beherbergt ein Schwarzes Loch von mindestens 16 M.
Die Röntgenquelle LMC X3 in der Großen Magellanschen Wolke. Das kompakte Begleitobjekt dieses Systems hat mindestens 9 M und ist deshalb wahrscheinlich ein Schwarzes Loch.
Sterne und Weltraum 36 [2/1997], S. 132-135
Bekannte Vertreter:
Grundzüge der Entwicklung
Wechselwirkung von engen Doppelsternen, wenn eine
Komponente sich von HR wegentwickelt:
bereits bevor Stern 1 seine Roche-Fläche ausfüllt:
- Aufheizung des kühleren HR-Begleiters,
- Inititieren von Oberflächenaktivität
(mögliche Ursache für starke Röntgen- & Radioemissionen
der RS CVn Veränderlichen)
erreicht Stern 1 seine Roche-Fläche:
1) erst: Phase mit großen Massenstrom durch L1 in relativ
kurzer Zeit (≈ tHK) bis M1 ≈ M2
2) folgend: Phase mit Phase mit langsameren Gasstrom (≈ tn)
http://www.usm.lmu.de:81/people/hbarwig/cv/cv.html
enge halbgetrennte Systeme
Überströmen von Materie vom Sekundärstern auf die Primärkomponente
um Primärstern: Akkretionsscheibe mit „hot spot“
Modellvorstellung: - kein vorhandenes Teleskop löst diese Systeme auf - passt aber gut zu beobachtbaren Spektren
Sekundärstern (HR-Stern o. Roter Riese)
Heißer Fleck Gasstrom
Primärstern (Weißer Zwerg)
Kataklysmische Veränderliche
Grundzüge der Entwicklung
Novae
The white dwarf captures matter lost through the inner Lagrange point of the secondary. To conserve angular momentum, this material does not accrete directly onto the white dwarf, but forms an accretion disk around the compact star.
As it losses angular momentum, the material in the disk slowly drifts inward and accretes onto the surface of the white dwarf.
An envelope or "ocean" of hydrogen-rich material builds up on the white dwarf surface. The intense heat and pressure at the base of this envelope eventually leads to a thermonuclear explosion as hydrogen is burned to helium. The explosion blows off the outer layers of the envelope.
Grundzüge der Entwicklung
Glosar
RX J0806.3+1527 Animations http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap050601.html
http://www.astro-udec.cl/jose/astro.jpg