sin título de diapositiva - csic · les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la...

78
El cicle vital de les estrelles Jordi Isern Campus UAB, 7 de febrer de 2009

Upload: others

Post on 08-Aug-2020

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

El cicle vital de les estrellesJordi Isern

Campus UAB, 7 de febrer de 2009

Page 2: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

El cel a la matinada

És el cel inmutable?

Jupiter

Venus

Saturn

Page 3: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

El firmament medieval

Aristòtil

Ptolomeu

Page 4: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

SN1572CassiopeiaTycho Brahe

Page 5: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

“De nova stella...”

Page 6: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen
Page 7: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Antigues “estrelles convidades” en les cròniquesXineses, Koreanes o Japoneses

AD 1006

AD 1054

AD 185

AD 1181

Page 8: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Satèl·lits galileans

GALILEUGALILEU

Page 9: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Propietats de l’espectre electromagnètics

La temperatura determinael color de l’estrella

Page 10: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Les ratlles espectrals

Les ratlles espectrals donen informació sobrel’estat termodinàmic i lacomposició química del gas

Page 11: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

El Sol està fet dels mateixos materials que la Terra•Hidrogen, heli i metalls

La superfície del Sol te una temperatura de 5780 K

El Sol i les estrelles són esferes de gas incandescent!

Les estrelles han de tenir una vida finita:Han de néixer i han de morir

Les evidències sobre la mort deles estrelles són força clares. Lesdel naixement no tant

Page 12: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Supernoves Evidències de la mort de les estrelles

1051 erg d’energia cinètica!Tota l’estrella està implicada a l’explosió

Page 13: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Noves extragalàctiques⇓

Supernoves⇓

1051 erg⇓

Tota l’estrellea està implicada al’explosió

Evidències de la mort de les estrelles

Page 14: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Nebulosa del CrancSN1054

Pulsar del Cranc

Rsn ∼ 10 kmM ∼ 1,4 Mo

⇓E ∼1053 erg

Page 15: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Noves

Page 16: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Nebuloses planetàries

NGC2440

Page 17: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Nanes blanques

Page 18: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Sirius A i B

Page 19: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Formació d’estrellesL’espai interestel·lar és ple de gasos i pols

Page 20: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Nebulosa d’Orió

Page 21: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

En els núvols interestel·lars hiconviuen dues forces:Gravitatòries: concentren la matèriaGradent de pressió: dispersen la

matèria

Quan la gravitació guanya es forma una estrella!

Page 22: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Formació de les estrelles

La rotació indueix la formació d’undisc i l’expulsió de matèria al llargde l’eix de rotació en forma de raigs

Page 23: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen
Page 24: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Discs estel·lars

Page 25: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen
Page 26: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen
Page 27: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Les estrelles estan en equilibri hidrostàtic

Ω : Energia gravitatòriaU: Energia tèrmica

Ω = -2 U

Quan es passa d’unaestructura d’equilibria una altre:

δU = - 1/2 δΩ

Les estrelles quan perden energia es contrauen i s’escalfen!

Pressió: ions, electrons i fotons

Page 28: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Les energies gravitatòria i tèrmica no són suficients per aexplicar l’emissió de llum de les estrelles:

anysLUt

sergL

ergRGMU

5

33

482

1030

/104

104

×≈≈

×≈

×≈≈Ω≈

ΘΘ

Θ

Edat de la Terra:Les desintegracions dels elements radioactius indiquen:4200 milions d’anys

El Sol seria més jove que la Terra!Hi ha d’haver una font addicional d’energia

Page 29: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Les fonts d’energia nuclear E = mc2

δE = c2δm

Es pot obtenir energia perfusió i per fissió

Les abundàncies dels elementsquímics reflecteixen l’estabilitatnuclear

El Sol té uns 2x1054erg de massaSi la anihilés podria brillar 14Ba

Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear

Page 30: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

EL SOL

El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Page 31: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Estructura del Sol15E6

7E62E6

5700

150 20

0.2

Un fotó tarda més de 106 anys en travessarla zona radiativa!

Page 32: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

L’atmosfera solar

Les zones en que es divideix l’atmosfera tenen densitats i temperatures diferents,per la qual cosa es poden observar a diferents longituds d’ona

Page 33: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Els neutrins solars

Super K

Sudbury

Page 34: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Modes d’oscil·lació del Sol

Page 35: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Les estrelles tenen lluminositatssi colors diferents Cass

Evolucionen les estrelles?

Page 36: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Tipus espectrals: OBAFGKM (duplicats)

Page 37: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Els espectres de les estrelles depenen de la temperaturaLes estrelles més calentes emeten més a λ curtes

Page 38: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen
Page 39: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen
Page 40: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen
Page 41: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

424 eTRL σπ=

GaMGaMGaMM

Mtt

LLM

M

tt

MM

LL

2:210:1

492:5.0

3.2

3.3

Θ

Θ

Θ

ΘΘ

Θ

Θ

Θ

ΘΘ

=

=

=

Page 42: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

1H,4He4He

12C,16O

16O,20Ne,24Mg

Combustió H

Combustió He

Combustió C

16O,24Mg,28Si

28Si,32S...56Fe

Combustió Ne

Combustió OCombustió Si

Fases de la combustió nuclear

Page 43: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Les estrelles, a base de contraccionsseguides de la corresponent igniciótendeixen cap a la formació d’una estructura en forma de seba amb un cor de Fe.

Page 44: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Supernoves gravitacionals

Page 45: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen
Page 46: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

SN1987A

Page 47: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen
Page 48: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen
Page 49: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

SN1987A neutrinos

Super Kamiokande

Page 50: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Cassiopeia A106 s Chandra

Estel de neutrons

Xoc (10 pc)Raig inicial?

Page 51: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Neutron star in the Crab Nebula (HST)Supernoves gravitacionals

Púlsar del Cranc

SN1987A

Page 52: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Neutron star in the Crab Nebula (HST)

Púlsar del Cranc

Page 53: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Els electrons

V

V

p,v

p,v

Els electrons són fermions: obeeixen el principi d’exclusió de Pauli.Si disminueix el volum que poden ocupar han de migrar cap a estats de mes energia (moment, velocitat)Fins i tot a T=0 podrien exercir pressió!La relativitat imposa un límit: els e- no poden superar c. La massamàxima que poden aguantar es 1,4 Mo (massa de Chandrasekhar)

Page 54: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

M<0.01 Mo, l’H mai s’encénM<0.5 Mo, l’He mai s’encénM<8-9 Mo, el C mai s’encénM<10-12 Mo, el Ne mai s’encénM>10-12 Mo, poden arribar a formar cors de Fe

Page 55: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen
Page 56: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen
Page 57: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Nebuloses planetàries

Page 58: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen
Page 59: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen
Page 60: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Nanes blanques en sistemes estel·lars dobles

Page 61: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Explosió de nova

Després de l’explosió

Page 62: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Noves

Page 63: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Thermonuclear supernovae

Page 64: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen
Page 65: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Central deflagration: T; time = 0 – 1.55 s; = 400 km

Page 66: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Ignition with 30 random bubbles: T, from 0 to 1.1 s

Page 67: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Off center detonations (E. Bravo et al IEEC/UPC)

(temperature)

Page 68: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen
Page 69: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Estrelles de neutrons en sistemes binaris

Page 70: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen
Page 71: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Erupció termonuclear a la superfície d’una estrella de neutrons

Page 72: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

NGC3079

Vivim en un Univers turbulent on les estrellesneixen, viuen gràcies a l’energia termonuclear i moren violentament,escampant els seus residus per tota la Galàxia, gràcies als qualss’han format els planetes i, finalment, ha aparegut la vida.

Page 73: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Combustió termonuclear de l’hidrogen

Les estrelles massives cremenl’hidrogen via cicle CNOLes poc massives via cadenesPP

Page 74: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Combustió termonuclear de l’heli

4He +4He ↔ *8Be 4He + *8Be ↔ *12C

Page 75: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Combustió termonuclear del carboni

24Mg

16O

23Na

24Mg

+ p

+ γ

+ α

Page 76: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Combustió termonuclear del neon

γ

α20Ne 20Ne

16O 24Mg

Page 77: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Combustió termonuclear de l’oxígen

γ

31P

28Si

32S

16O

16O

32S +

+

+

α

p

Page 78: Sin título de diapositiva - CSIC · Les estrelles compensen les pèrdues d’energia gràcies a la fusió nuclear. EL SOL El Sol obté l’energia de la fusió termonuclear de l’hidrògen

Combustió termonuclear del silici

γ α28Si 7