A halott csillagok élete avagy van-e élet a fekete lyuk előtt? Barnaföldi Gergely Gábor, Wigner Intézet, Papp Gábor, ELTE TTK, Fizikai Intézet ELTE Budapest.

Az előadások a következő témára: "A halott csillagok élete avagy van-e élet a fekete lyuk előtt? Barnaföldi Gergely Gábor, Wigner Intézet, Papp Gábor, ELTE TTK, Fizikai Intézet ELTE Budapest."— Előadás másolata:

1 A halott csillagok élete avagy van-e élet a fekete lyuk előtt? Barnaföldi Gergely Gábor, Wigner Intézet, Papp Gábor, ELTE TTK, Fizikai Intézet ELTE Budapest 2015. június 17.

2 Mi is kell hozzá? Néhány apró dolog: Csillagászat Asztrofizika Részecskefizika Magfizika Hidrodinamika Magnetohidrodinamika Termodinamika Statisztikus fizika Elektromágnesesség Relativitáselmélet Statisztika … FANTÁZIA

3 T A R T A L O M 0. Csillagfejlődés, csillaghalál I. Neutroncsillagok, kompakt csillagok I. Neutroncsillagok, kompakt csillagok II. Kompakt csillagok megfigyelése II. Kompakt csillagok megfigyelése III. Milyen egy neutroncsillag belseje? III. Milyen egy neutroncsillag belseje?

4 Kezdetben volt a He: 25% D: 0.001% Li: < 0.001 %

5 0. Csillagfejlődés, csillaghalál

6 Csillagok fényessége Luminozitás,: kisugárzott energia (minden frekvencia tartományban): b = L/(4πd 2 ) Feketetest sugárzás: L = 4πR 2 σT 4 A luminozitás a méret és a felületi hőmérséklet kapcsolata: L/L Nap = (R/R Nap ) 2 (T/T Nap ) 4 Nap tipusú csillagokra: L/L Nap = (M/M Nap ) 3,9 L/L Nap = (M/M Nap ) 3,9 Látszó magnítudó: m=m Nap -2,5log 10 [(L/L Nap )(d Nap /d) 2 ] L,R,T,M d Látszó fényesség, b

7 Csillagok színképe Hideg csillagok vöröses színűek Meleg csillagok sárgás Színűek Forró csillagok kékes Színűek Meleg: vöröses Melegebb: sárga Forró: kékes Spektrális osztályozás: 3-féle (UVB) szűrővel készített képek alapján. Csillagok spektrál-osztályai: O-B-A-F-G-K-M a jellemző színképvonalak alapján.

8 Megfigyelhető csillagparaméterek kapcsolata

9 Csillagfejlődés, csillaghalál 25 M Sol csillag fejlődése ÁllapotT (K)Időtartama H égetés40 000 0007 000 000 év He égetés200 000 000500 000 év C égetés600 000 000600 év Ne égetés1 200 000 0001 év O égetés1 500 000 0006 hónap Si égetés2 700 000 0001 nap

10 Einar Hertzsprung Dánia (1877-1967) Henry N. Russel USA (1877-1957) A Hertzsprung – Russel Diagram

11 Egy masszív csillag élete…

12 Szupermasszív csillag fejlődése kompakt csillag: vizuálisan nem megfigyelhető szupernova robbanás: 10 6 szoros felfényesedés szuperóriás állapot 100 szoros felfényesedés

13 Egy szupernova robbanás története

14 Szupernova típusok fénygörbéi

15 Szupernova robbanás

16 Szupernova maradványok: kompakt csillagok A fényes csillagokat látjuk, de a kompakt csillagok nem láthatóak az égbolton. Mégis hogyan láthatjuk és vizsgálhatjuk a „fekete tehenet a sötétben”?

17 II. Kompakt csillagok megfigyelése Kompakt csillagok földi vizsgálata

18 Neutroncsillagok megfigyelése - csillagkettősök Kettőscsillagok: sokan vannak csak sokuk még fiatal. Kettőscsillagok: sokan vannak csak sokuk még fiatal. Ha a vizuális tag „valami” körül kering röntgen vagy rádió forrást kell keresni Ha a vizuális tag „valami” körül kering röntgen vagy rádió forrást kell keresni Nagy eséllyel egy kompakt kísérőről van szó. Nagy eséllyel egy kompakt kísérőről van szó. Ehhez szerencse is kell Ehhez szerencse is kell

19 Neutroncsillagok megfigyelése - világítótorony Pulzárok: II. tipusú szupernova robbanásban keletkeznek. Kompakt méret: R=7-15 km, masszív M=1-2 Msol. Extrem sűrűség: az atommag sűrűségégének sokszorosa (n=1014 g/cm3). Periódus: 1-100 ms-os forgás. Ha szerencsések vagyunk a forgási és a mágneses tengely nem esik egybe: „galaktikus világítótorony”.

20 Milisecundumos pulzár keletkezése

21 Kompaktokból álló kettőscsillag

22 III. Milyen egy neutroncsillag belseje? ?????? ??? ??? ???

23 Neutroncsillagok belső szerkezete Nagy tömegű gravitáló objektumok: általános relativitáselméleti leírás Nagy tömegű gravitáló objektumok: általános relativitáselméleti leírás A felület és a közeli héjak közel atommag magsűrűségűek: a leírás magfizikai modellekkel A felület és a közeli héjak közel atommag magsűrűségűek: a leírás magfizikai modellekkel A csillag magját már a nagyenergiás fizika: magfizika, QCD írja le. A csillag magját már a nagyenergiás fizika: magfizika, QCD írja le.

24 Az erősen kölcsönható anyag fázisdiagramja A nehézion ütközések magas hőmérsékletű tesztek, amelyek QGP-t ill. az Univerzum korai állapotait vizsgálják: SPS, RHIC, LHC. A nehézion ütközések magas hőmérsékletű tesztek, amelyek QGP-t ill. az Univerzum korai állapotait vizsgálják: SPS, RHIC, LHC. A FAIR a GSI-ben kisebb hőmérsékletű, de nagyobb sűrűségeket vizsgál majd. A FAIR a GSI-ben kisebb hőmérsékletű, de nagyobb sűrűségeket vizsgál majd. Kompakt objektumok nagyon sűrűek. A sűrű, hideg (T=0) QCD anyagot vizsgálhatjuk bennük. Kompakt objektumok nagyon sűrűek. A sűrű, hideg (T=0) QCD anyagot vizsgálhatjuk bennük.

25 Állapotegyenletek

26 Kompakt csillagbelsők modelljei

27 Akkor milyen is egy „neutroncsillag” belseje? ?????? ??? ??? ???

28 Kvark csillag: a neutron szétesik kvarkokra (u,d). A csillag tovább zsugorodik, és egy hatalmas „részecske” lesz. Mivel a kvarkanyag több energiát tud tárolni, hűvösebb is lesz egy neutroncsillagnál. Amennyiben strange anyagot is tartalmaz, akkor strange kvark csillag lesz. A 3C 58-as pulzár egy jelölt erre. Elektrogyenge csillag: a gravitációs nyomásnak a kvarkok sem tudnak ellenállni, és a kvarkok leptonokká alakulnak elektrogyenge kölcsönhatással, a keletkező sugárzás ellentart a gravitációs nyomásnak. A csillag tovább zsugorodik, és kb. 10 millió évig maradhat fent. Exotikus csillagok Preon csillag: a kvarkok szétesnek „preon”okra, még sűrűbb csillag jön létre. Egyik jelölt a sötét anyagra, de a gyorsítókísérletek nem támasztják alá létét. 1 cm -1 m-es objektumok lehetnek. Bozon csillag: Bozonokból álló csillagok, melyek az ősrobbanáskor keletkeztek. Bizonyos tulajdonságaik egybeesnek az aktív galaktikus mag tulajdonságaival. Szintén gyenge lábakon áll, és jelölt a sötét anyagra. Q csillag: vagy szürke lyuk Exotikus anyagot tartalmazó csillag. Lehet glueball, vagy nagy barionszámú topologikus objektum Planck csillag: A fekete lyuk belsejében levő Planck sűrűségű anyag. … Extra dimenziós csillag: ….sötét anyag csillag …FANTÁZIA

29 …és mindez miért?