Budowa wewnetrzna i ewolucja gwiazd

1
Budowa wewnetrzna i ewolucja gwiazd

• Podstawowe sformulowania

2
Podstawowe przeslanki

• Gwiazdy spedzaja swa mlodosc na ciagu glównym
  diagramu H-R
• Jasnosc absolutna (dzielnosc promieniowania)
  gwiazd na ciagu glównym zalezy od ich masy w
  potedze 3.5
• Ewolucja gwiazd wiaze sie scisle z wyswiecaniem
  przez nie energii
• Gwiazdy masywne ewoluuja szybciej

3
Relacja masa-jasnosc na ciagu glównym
4
Podstawowe zalozenia

• Gwiazda jest kula gazowa (pozwala to na budowe
  modelu jednowymiarowego)
• Gwiazda pozostaje w równowadze hydrostatycznej
• Gwiazda pozostaje w równowadze energetycznej
  (wyswieca tyle energii ile produkuje)

5
Ilustracja równowagi hydrostatycznej gwiazdy
6
Schemat struktury gwiazdy

• Obszar gwiazdy, w którym e 0 nazywamy jadrem
  gwiazdy
• Obszar dla którego e 0 nazywamy otoczka gwiazdy
• Zewnetrzna warstwe otoczki, z której docieraja do
  nas fotony bezposrednio nazywamy atmosfera gwiazdy

7
Gwiazda a znane nam z fizyki oddzialywania

• Fizyka zna cztery rodzaje oddzialywan
• Dwa oddzialywania o dalekim zasiegu grawitacyjne
  i elektromagnetyczne te drugie równowaza sie na
  wiekszych odleglosciach
• Dwa rodzaje oddzialywan o krótkim zasiegu
  jadrowe szybkie (utrzymanie protonów w jadrze) i
  jadrowe powolne (naturalna promieniotwórczosc)

8
Równania rózniczkowe budowy wewnetrznej
9
Równania w postaci jawnej

• P NkT (równanie stanu o ile gaz wewnatrz
  gwiazdy nie jest zdegenerowany)
• e e(?,T,Z) równanie opisujace produkcje
  energii w jadrze gwiazdy
• ? ?(?,T,Z) równanie opisujace
  nieprzezroczystosc materii gwiazdy

10
Warunki brzegowe

• Na powierzchni gwiazdy mozemy przyjac wartosci
  parametrów intensywnych
• P T 0
• W centrum mozemy zalozyc wartosci parametrów
  ekstensywnych
• Mr Lr 0

11
Produkcja energii w jadrze gwiazdy

• Oddzialywania pomiedzy czastkami elementarnymi na
  krótkich dystansach
• Porównanie sily oddzialywan
• Wybuch chemiczny (konwencjonalny) oddzialywania
  elektromagnetyczne
• Wybuch jadrowy oddzialywania powolne
• Wybuch termojadrowy oddzialywania szybkie

12
Warunki fizyczne w jadrach gwiazd

• Znaczenie odpychajacej sily kulombowskiej
  warunki srodowiskowe temperatura i gestosc
• Kolaps grawitacyjny i wzrost energii wewnetrznej
  gazu w jadrze gwiazdy
• Podzial kuli gazowej na jadro i otoczke (obie
  warstwy umieszczone pod fotosfera, a wiec
  nieobserwowalne bezposrednio)

13
Schemat struktury Slonca
14
Sekwencje reakcji w jadrach gwiazd

• Cykl proton-proton (p-p) dla gwiazd o stosunkowo
  nieduzych masach o niskiej temeperaturze
  centralnej zamiana wodoru w hel
• Cykl weglowo-azotowy (C-N) dla gwiazd o duzych
  masach i wysokiej tmperaturze centralnej
  (wydajniejszy) zamiana wodoru w hel

15
Najprostszy schemat przemiany termojadrowej
16
Mapka cyklu p-p
17
3 wyróznione barwami galezie cyklu p-p

• 3He 3He ? 4He 1H 1H 12.86 MeV
• 3He 4He ? 7Be ?       
• 7Be e- ? 7Li ?e       
• 7Li 1H ? 4He 4He
• 3He 4He ? 7Be ?       
• 7Be 1H ? 8B ?       
• 8B ? 8Be e ?e       
• 8Be ? 4He 4He

18
Reakcje cyklu weglowo-azotowego

• 12C 1H ? 13N ? 1,95 MeV
• 13N ? 13C e ?e 1,37 MeV
• 13C 1H ? 14N ? 7,54 MeV
• 14N 1H ? 15O ? 7,35 MeV
• 15O ? 15N e ?e 1,86 MeV
• 15N 1H ? 12C 4He 4,96 MeV

19
Porównanie wydajnosci cykli p-p i C-N jako
funkcji temperatury
20
Emisja energii w postaci fotonów i neutrin
21
Troszke dziwne obserwatorium astronomiczne 1600m
pod ziemia
22
Beczki z nafta pod górami Kaukazu
23
Swiatlo w tunelu podziemnego obserwatorium
24
W góre jest niewiele blizej...
25
Tu jest 50 swiatowych zasobów galu...
26
Ciekawe linki

• http//www.astro.psu.edu/users/rbc/astro534.html
• http//jilawww.colorado.edu/pja/stars02/
• http//www-star.st-and.ac.uk/kw25/teaching/stars/
  stars.html