Uni4

Stjärnors utveckling
under tiden i och efter huvudserien
Ålder noll i huvudserien
En protostjärna
kommer in i
huvudserien när
kärnfusion
av väte börjar i
stjärnans mitt.
Nästan stationärt
tillstånd.
Kemisk initial
sammansättning:
Ca
75% H
25% He
Kärnfusion av väte
Många olika sätt:
• pp- (proton-proton)processer
• CNO-processer
Stor utenergi: ca MeV, d.v.s.
en miljon gånger mer energi
än typiska kemiska
processer (jonisering).
Hög initialenergi krävs
“snabba partiklar” kräver
hög temperatur!
Stjärnor i huvudserien (med (väte)fusion i
mitten) är självreglerande och fungerar som en
termostat!
Feedback mellan gravitation och värmetryck
genererat av vätefusion i stjärnans mitt (där det
är varmast – miljontals grader).
𝑀𝑀 > 0,4𝑀𝑀⨀
Från huvudserie till röd jätte
Stjärnans centrala och yttre delar uppför sig på
motsatt sätt då det gäller volym och temperatur.
• Fusion av väte till Helium i stjärnans mitt
där det är varmast, där vätet så
småningom tar slut →
• Termostat utslagen och stjärnan lämnar
huvudserien:
• Kontraktion av de centrala delarna av
stjärnan som blir varmare →
• Vätefusion i ett skal kring stjärnans mitt +
• utvidgning av stjärnans ytterhöljen som
därmed blir svalare →
• Röd jätte!
Solen – en röd jätte om 7 miljarder år.
Från 15 miljoner till 100 miljoner grader i solens mitt.
Heliumfusion
Kräver högre
temperatur än
vätefusion p.g.a. större
elektrisk laddning hos
atomkärnorna…
4He
+ 4He → 8Be
+ 4He → 12C + foton
= trippel-alfa-processen
8Be
12C
+ 4He → 16O + foton
0,4 — 2-3 solmassor →
Explosiv Helium blixt; mer än 2-3
solmassor → gradvis heliumförbränning.
Degenererad elektrongas
• En degenererad elektrongas uppstår då atomkärnorna är så nära
varandra att elektronerna är fria att röra sig mellan atomerna.
• Liksom elektronerna i enskilda atomer bildar skal av olika
energinivåer bildas nu skal av olika energinivåer gemensamt
över alla atomkärnorna.
• Metaller är exempel på material där elektronerna bildar en
degenererad elektrongas, den fria rörligheten hos elektronerna
är det som orsakar metallers elektriska ledningsförmåga.
• En degenererad elektrongas uppvisar inte samma relationer
mellan tryck och temperatur som en “vanlig gas”
(temperaturokänslig) → ”stjärntermostaten” slås ut → explosiv
Heliumblixt
Utvecklingsspår i HR-diagrammet
Datorsimulering av stjärnors utveckling i en stjärnhop
HR-diagram över Stjärnhopen M55.
Stjärnorna längst ner är stjärnor i
huvudserien. De längst upp till
höger är sådana som just är på väg
att starta heliumfusion.
Stjärnhopen NGC 6093. De röda
jättarna syns tydligt. De blå
stjärnorna är sådana som har
börjat förbränna helium.
HR-diagram för olika stjärnhopar som visar punkten där stjärnor lämnar
huvudserien vilket bestämmer stjärnhopens ålder.
Pulserande variabelstjärnor
Vissa röda jättars
skenbara ljusstyrka
pulserar genom att de
sväller och krymper =
pulserande
variabelstjärnor.
Pulserande stjärnor delas
in i olika typer:
• Långperiodvariabler.
• Cepheidvariabler med hög
massa och luminocitet.
• RR Lyrae variabler med låg
massa och lite metaller.
Avståndsmätning med hjälp av Cepheider
• Cepheid-variabler har ett direkt samband mellan
period och luminositet.
• En mätning av perioden ger ett värde på
luminositeten. Då man även kan mäta den
skenbara ljusstyrkan ges avståndet av formeln
(jmfr. föreläsning 2)
𝐿𝐿
𝑏𝑏 =
4𝜋𝜋𝑑𝑑 2
• Cepheid-variabler är ljusstarka, vilket gör det
möjligt att mäta avstånd på flera miljoner ljusår!
• Komplikation: Periodtid-luminocitetsrelationen
beror på halten metaller i stjärnans atmosfär →
man behöver avgöra om det är en typ I eller en
typ II stjärna.
Massöverföring i binära system
Rochelob = område kring en stjärna i ett binärt
stjärnsystem utanför vilket
materian inte längre är gravitationellt
bunden till stjärnan.
• Roche-loberna av de två stjärnorna möts i
Lagrangepunkten där effekterna av gravitation
och rotation från båda stjärnorna tar ut
varandra.
• Ju tyngre stjärna desto större Rochelob.
• Avskilda binärer är sådana där båda
stjärnorna håller sig inom sina Rochelober.
• I semi-avskilda binärer fyller en av stjärnorna
sin Roche-lob.
Om en röd jätte fyller ut sin Rochelob
• I kontakt- och överkontakt-binärer fyller båda tappar den massa ut i rymden och till
stjärnorna sina Rochelober. I sista fallet delar sin följeslagare via Lagrangepunkten
där den överlappar dennas Rochelob.
de till och med en gemensam atmosfär.
Mira är en långperiodvariabelstjärna som dessutom tillhör ett binärt system.
I nedre högra hörnet syns tydligt i ultraviolett ljus att det sker massöverföring.
• Tunga stjärnor utvecklas
till röda jättar snabbare än
lättare.
• Stjärnorna i binära system
skapas samtidigt, men hos
dessa binärer är det de
lättare stjärnorna som är
röda jättar!
• Förklaring: Ursprungligen
har dessa varit de tyngre
stjärnorna som
omvandlats till jättar som
fyllt ut sina Roche-lober
och fört över en stor del av
massan till sin kompanjon
som nu har blivit den
tyngre stjärnan.
I figuren visas några exempel
på förmörkelse/eklipsbinärer.