STJERNER OG STJERNEMODELLER

Transkript

1 STJERNER OG STJERNEMODELLER JAKOB RØRSTED MOSUMGAARD, PHD STUDERENDE SILKEBORG HØJSKOLE, AUGUST

2 HVAD ER STJERNER? Kilde:

3

4 HVAD ER STJERNER? OG HVORFOR ER DE INTERESSANTE?

5 Kilde:

6 Kilde:

7 Kilde:

8 OVERBLIK Hvad er stjerner? Hvad er en stjernemodel? Hvordan udvikler stjerner sig? Hvordan ser vi ind i stjernerne? Hvad er fremtidens stjernemodeller? Kilde:

9 HVEM ER JEG? Jakob Rørsted Mosumgaard PhD Studerende ved SAC, AU Fokus på stjernefysik og stjernemodeller Bachelor i fysik (Snart) kandidat i astronomi/astrofysik

10 HVORFOR STJERNER? Grundsten i astronomi og astrofysik Forståelsen af stjerner er astrofysik

11 Astronomi er videnskaben der måler himmellegemernes kendetegn, mens astrofysik er anvendelsen af fysik for at forstå astronomien. Prof. Britt Scharringhausen, Beloit College, Wisconsin Fortsættelsen: I dag skelnes ikke rigtigt imellem de to, da alle astronomer bruger fysik til at forstå deres opdagelser.

12 HVORFOR STJERNER? Grundsten i astronomi og astrofysik Forståelsen af stjerner er astrofysik Stjerner som værktøj Værktøjer til at studere stjerner

13 HVAD ER EN STJERNE? Kilde:

14 Jeg har altid troet, at de [lysende prikker på himlen] er kugler af gas, der brænder milliarder af kilometer væk? Pumbaa, Løvernes Konge (1994)

15 HVAD ER EN STJERNE? Definition: En selv-graviterende sfære af plasma, eller En kugle af gas der bliver holdt sammen af sin egen tyngdekraft Nøgleord: Ligevægt Energiproduktion Lysende

16

17 EN STJERNE ER IKKE BARE EN STJERNE Forskellige udviklingsstadier Fysiske karakteristika: Masse Radius Observationelle karakteristika: Lysstyrke Farve / temperatur Kilde:

18 HERTZSPRUNG-RUSSEL DIAGRAM Kilde:

19 SOLEN Vores nærmeste stjerne Den vigtigste stjerne! Almindelig hovedseriestjerne Den eneste stjerne vi ved noget om.

20 SOLENS STRUKTUR Kernen Strålingszonen Konvektionszonen

21 OVERBLIK Hvad er stjerner? Hvad er en stjernemodel? Hvordan udvikler stjerner sig? Hvordan ser vi ind i stjernerne? Hvad er fremtidens stjernemodeller?

22 HVAD ER EN STJERNEMODEL? Computermodel / simulering Matematisk model Stjerners struktur og udvikling

23 HVAD ER EN STJERNEMODEL? Computermodel / simulering Matematisk model Stjerners struktur og udvikling Primære ingrediens: Fysik! Hvad en model i fysikken?

24 ØVELSE: HVAD ER FYSIK? Brug to minutter på at overveje, hvad fysik egentlig er. Hvordan kan man kortfattet definere begrebet fysik? Fysik er en matematisk korrekt beskrivelse af verden omkring os. Teorier skal kunne forudsige!

25 HVAD ER EN MODEL I FYSIKKEN? Matematisk model Kan forudsige Kan generaliseres Kræver et kendt udgangspunkt Simpelt eksempel: Fodbold der flyver gennem luften Banen kan bestemmes ud fra startpunkt, -hastighed og -vinkel.

26

27 ?

28

29 MEN HVAD SÅ MED STJERNEMODELLER? Med det simple billede i tankerne: Hvordan adskiller stjernemodellerne sig? Hvad er den primære udfordring? Vi kender ikke begyndelsespunktet!

30 STJERNEMODELLER

31 STJERNEMODELLER

32 STJERNEMODEL STRUKTUR Stjerneligninger Fysik Stjerneprogram Atom- og kernefysik

33 STJERNEMODEL UDVIKLING Fysik, mm. Stjerneprogram Givent tidspunkt Senere tidspunkt

34

35

36

37 OVERBLIK Hvad er stjerner? Hvad er en stjernemodel? Hvordan udvikler stjerner sig? Hvordan ser vi ind i stjernerne? Hvad er fremtidens stjernemodeller?

38 Kilde:

39 Kilde:

40 Kilde:

41 Kilde:

42

43

44 HERTZSPRUNG-RUSSEL DIAGRAM

45 STJERNEUDVIKLING

46 STJERNEUDVIKLING Alder?

47

48 Kilde:

49 OVERBLIK Hvad er stjerner? Hvad er en stjernemodel? Hvordan udvikler stjerner sig? Hvordan ser vi ind i stjernerne? Hvad er fremtidens stjernemodeller?

50 KAN MAN SE IND I STJERNERNE? Er det et problem? Ja! Problemet: Vi ser lyset fra overfladen Så: Nej, det kan man ikke umiddelbart!

51

52 At first sight it would seem, that the deep interior of the Sun and the stars is less accessible to scientific investigation than any other region of the Universe. What appliance can pierce through the outer layers of a star and test the conditions within? Sir Arthur Eddington The Internal Constitution of the Stars, 1926

53 HVORDAN VED VI SÅ HVORDAN SOLEN OG ANDRE STJERNER SER UD INDENI? Stjernesvingninger! Helio-/asteroseismologi

54

55 HVORDAN VED VI SÅ HVORDAN SOLEN OG ANDRE STJERNER SER UD INDENI? Stjernesvingninger! Helio-/asteroseismologi Hvordan/hvorfor opstår de? Hvad kan vi bruge dem til? Hvordan måler vi dem?

56 SVINGNINGER I SOLLIGNENDE STJERNER Hvor/hvordan/hvorfor? Konvektion Stråling Stokastisk eksitation Bevægelse af gas Konvektionszonen!

57

58 Kilde:

59 Kilde:

60 Kilde: Kilde:

61 SVINGNINGER I SOLLIGNENDE STJERNER Hvor/hvordan/hvorfor? Konvektion Stråling Stokastisk eksitation Bevægelse af gas Konvektionszonen! Lydbølger!

62

63 LYTTEØVELSE Alpha Centauri A Xi Hydrae

64 Xi Hydrae Solen Alpha Centauri A

65 SVINGNINGER I STJERNER Vi kan høre en stjernes størrelse Lydhastigheden afhænger af de forskellige indre lag Men hvordan kan vi opfange lyden?

66 KAN MAN LYTTE TIL STJERNERNE? Det korte svar: Nej Men så alligevel?

67 SÅ ER DET VIST TID TIL KAFFE

68 FØR PAUSEN Hvordan kan vi se ind i stjernerne? Stjerneskælv / stjernesvingninger Kommer fra konvektionen Svingningerne påvirkes af stjernens størrelse Den indre struktur påvirker også svingningerne

69 KAN MAN LYTTE TIL STJERNERNE? Det korte svar: Nej Men så alligevel?

70 ASTEROSEISMOLOGI Det vi kan måle: lys fra stjernerne Svingninger: Ændring af størrelsen / overfladen

71

72 ASTEROSEISMOLOGI Det vi kan måle: lys fra stjernerne Svingninger: Ændring af størrelsen / overfladen Lille ændring af lysstyrken! Kræver meget præcise målinger af lysstyrken som funktion af tid

73

74 Hertzsprung SONG-teleskopet på Tenerife (1 m)

75

76

77

78

79

80 KEPLER MÅLER ÆNDRINGER I LYSSTYRKEN! Kepler-6 Stjernen Planet

81

82 Tidsserie: Powerspektrum:

83

84

85

86 SVINGNINGERNE PÅVIRKES AF DE INDRE DELE AF STJERNEN

87 VI KAN SE IND I STJERNERNE!

88

89 VI KAN SE IND I STJERNERNE! H He

90 OVERBLIK Hvad er stjerner? Hvad er en stjernemodel? Hvordan udvikler stjerner sig? Hvordan ser vi ind i stjernerne? Hvad er fremtidens stjernemodeller?

91 STOLER VI PÅ VORES STJERNEMODELLER? Ja! nej!

92 Our stellar models are very refined and very efficient, but also very wrong! Achim Weiss Nuværende udvikler af Garching Stellar Evolution Code. Medforfatter til en bog om stjerneudvikling. Sagt under en workshop i Aarhus: SCORe 2016

93 PROBLEMER VED STJERNEMODELLER Altid plads til forbedring (fx atomfysik) Helio- og asteroseismologi Nøgleproblem: De ydre lag. Konvektion! Effektiviteten kalibreres til Solen Antages konstant og gældende for alle stjerner

94 3D-SIMULERINGER AF STJERNEATMOSFÆRER Samspil mellem hydrodynamik og stråling Box in a star Løsning af Navier Stokes ligninger Strålingsoverførsel Konvektion

95 Tak til: Remo Collet

96 Tak til: Remo Collet

97 Tak til: Remo Collet

98 Kilde:

99 3D-SIMULERINGER AF STJERNEATMOSFÆRER Realistiske modeller og overbevisende resultater. Beregningsmæssigt tunge! Kun en lille del af stjernen Tidsskalaer Uegnede til stjerneudvikling

100 HVAD GØR VI SÅ? Mål (utopi?): Realisme som 3D-simuleringer Tidsudvikling og hastighed som almindelige stjernemodeller Middel: Udtræk information fra 3D-simuleringer Inklusion i stjernemodellerne

101 MIN FORSKNING DET BEDSTE FRA BEGGE VERDENER Resultater fra mange 3D simuleringer Ændring af konvektionens effektivitet

102

103 MIN FORSKNING DET BEDSTE FRA BEGGE VERDENER Resultater fra mange 3D simuleringer Ændring af konvektionens effektivitet Løbende brug under stjernens udvikling Temperaturstruktur

104 HAR DET EN EFFEKT?

105

106 TAK FOR OPMÆRKSOMHEDEN!