A csillagközi anyag. Interstellar medium (ISM) Bonyolult dinamika. turbulens áramlások MHD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "A csillagközi anyag. Interstellar medium (ISM) Bonyolult dinamika. turbulens áramlások MHD"

Orsolya Balázsné
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 A csillagközi anyag Interstellar medium (ISM) gáz + por Ebből jönnek létre az újabb és újabb csillagok Bonyolult dinamika turbulens áramlások lökéshullámok MHD Speciális kémia porszemcsék képződése, bomlása stb.

2 Csillagközi anyag és fény Extinkció: az áthaladó fényből elnyel Reflekció: a beeső fényt minden irányba szórja Emisszió: Gerjesztés esetén minden irányban sugároz Termikus sugárzás

3 Extinkció gáz- és porfelhőkben Az extinkció hullámhossz-függő ahol d = 10 pc. m λ = M λ + 5 log 10 d 5 + A λ, A λ a monokromatikus abszorpció magnitúdó egységekben. Összefüggése az optikai mélységgel: I λ I λ,0 = e τ λ m λ m λ,0 = 2,5 log 10 ( e τ λ ) = 2,5 τλ log 10 e = 1,086 τ λ = A λ τ λ

4 Fényszóródás Optikai mélység függése az oszlopsűrűségtől: τ λ = s 0 n d (s ) σ λ ds = σ λ N d Rayleigh-szórás: sűrű gázban: σ λ λ 4 Mie-szórás: gömbszerű porszemek a sugárral: σ g = πa 2 Hosszú hullámhosszak: a hullámok csaknem érintetlenül mennek tovább σ λ a3 (λ a) λ Rövid hullámok: csak az jut tovább, amelyik nem ütközik a porba σ λ a 2 (λ a) Kiszórt fény: kék átjutó fény: vörös

8 Extinkciós mérése Milyen az extinkció hullámhossz-függése? Hogyan függ a gáz/por összetételétől? Hogyan lehet kimérni? Mért spektrum összehasonĺıtása elméletivel Vonalarányok összehasonĺıtása egy spektrum esetén Egy adott színszűrőben (V ) mérthez képest mekkora az extinkció A λ A V E (B V ) = (B V ) valódi (B V ) megfigyelt

9 Extinkciós görbék Mie-szórás: optikaiban és infrában gyenge, UV-ben erős csúcs 2175 Å-nél policiklikus aromás szénhidrogének (PAH) grafitszemcsék SiO molekulák

10 Policiklikus aromás szénhidrogének

11 UV Extinkciós görbék

12 Diffúz hidrogénfelhők Neutrális hidrogén: Hi Nem sugároz, ha nem éri gerjesztő sugárzás, kivéve: 21 cm-es (1420 MHz) rádió vonal áthatol a sűrű felhőkön is Az alapállapot hiperfinom felhasadásának átmenetéből jön (spin flip) erősen tiltott átmenet, 2, s 1 Tipikus hőmérséklet K Doppler-effektus alapján gáz sebessége, Zeeman-effektus alapján mágneses tér nagysága mérhető

13 Molekulafelhők A H 2 molekula nem sugároz 21 cm-en Közvetlenül nem is detektálható Nyomkövező molekulák: CO, OH stb. CO: 2,6 mm-es sugárzás (szub-milliméter tartomány)

14 Felhők típusai típus T [K] n [m 3 ] M [M ] d A V Hi felhők pc 1-5 Diffúz molekulafelhők pc 1-5 Óriás molekulafelhők Sötét felhők Sűrű magok ,1 > 10 Forró magok , Bok-globulák < szabálytalan alak 2 spirálkarokban 3 OB csillagok 4 gömbszerű, felhőktől távol

15 Felhők felforrósodása és hűlése Fűtő folyamatok kozmikus sugárzás, MeV MeV, ionizál UV sugárzás: C atomok ionizációja röntgensugárzás: H ionizációja lökéshullámok SN robbanásból, csillagszélből Hűtő folyamatok por termikus IR sugárzása ütközés: molekulákat gerjeszt molekulás rezgési és vibrációs IR sugárzása az IR könnyen kijut a felhőből hatékony hűlés feltétele: kell mennyiségű por

16 Gázfelhők gravitációs kollapszusa Statikus állapot A gázfelhő nyomása kiegyenĺıti a gravitációt Nyomás random mozgás hőmérséklet T hőmérsékletű gáz sugároz hűl A statikus állapot fenntartásához energia kell Ha a gáz hatékonyan sugároz energiát, és nincsen utánpótlás, akkor a felhő a saját gravitációja alatt összeomlik Elmélet: Jeans-mechanizmus

17 Gázgömb potenciális energiája Gázgömb átlagos sűrűsége Integrált tömeg r sugárig Tömegpont energiája ρ = M 4 3 R3 π M r = 4 3 r 3 πρ du i = G M r dm i r r sugarú gömbhéjra integrálva du = F M r 4πr 2 ρ dr r Teljes gömb energiája (homogén ρ-val számolva) U = G 16 3 π2 ρ 2 R 0 r 4 dr = G 16π2 R5 ρ2 3 5 = 3 5 G M2 R

18 Jeans-feltétel levezetése Viriáltétel: 2K + U = 0 Ha 2K < U, akkor összeomlik a felhő Gáz belső energiája K = 3 2 Nk BT, ahol N az atomok száma: N = M µm H, µ: átlagos molekulatömeg, m H : hidrogénatom tömege Behelyettesítve a viriáltételbe: 2 3 Mk B T < 3 GM 2 2 µm H 5 R ahol kihasználtuk, hogy ( 3 M R = 4 πρ = 3 5 GM2 ) 1 3 ( ) 2 4 πρ 3, 3 M

19 Jeans-feltétel Előző diáról az eredmény: Jeans-tömeg: 2 3 Mk B T < 3 GM 2 2 µm H 5 R = 3 5 GM2 ( ) 3 5kB T ( ) M J = Gµm H 4πρ Ha M C > M J, akkor a gázfelhő összeomlik. Jeans-hossz: R J = ( 15kB T ) 1 2 4πGµm H ρ Ha R C > R J, akkor a gázfelhő összeomlik. ( ) 2 4 πρ 3, 3 M

20 Kelvin Helmholtz-időskála Viriáltétel (2K + U = 0) alapján a gázfelhő teljes mechanikai energiája a potenciális energia fele: U = 3 GM 2 5 R = E = 3 GM 2 10 R A felszabaduló energia mire a felhő R -ra húzódik össze: E (R R R ) 3 GM 2 10 R Az időskála L luminozitást feltételezve: t KH év t KH = E L

Hasonló dokumentumok

Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék április 28.

A nagyléptékű szerkezet kialakulása, fejlődése Dobos László Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék dobos@complex.elte.hu É 5.60 2017. április 28. Az Univerzum sűrűségfluktuációinak fejlődése A struktúra kis