Supernovas y sus remanentes
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- Eugenio Gallego Saavedra
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1 Supernovas y sus remanentes Jane Arthur VII Escuela de Verano Julio 2011
2 Estrellas masivas... y las estrellas masivas, M > 8M? Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
3 Diagrama Hertzsprung-Russell Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
4 Quemado del carbono, M > 8M : milenios 12 C + 12 C 24 Mg + γ 23 Mg + n 23 Na + 1 H 20 Ne + 4 He 16 O He T K, ρ kg m 3 O, Mg, Ne acumulan en el núcleo Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
5 Quemado de Neon: meses 20 Ne + 4 He 24 Mg + γ Fotodesintegración 20 Ne + γ 16 O + 4 He T K, ρ kg m 3 O, Mg acumulan en el núcleo Envolvente ya no puede responder Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
6 Quemado de Oxígeno: meses 16 O + 16 O 32 S + γ 31 S + n 31 P + 1 H 28 Si + 4 He 24 Mg He T K, ρ kg m 3 Si acumula en el núcleo Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
7 Quemado de Silicio: semanas 28 Si + 28 Si 56 Ni + γ 56 Ni 56 Co + e + + ν e 56 Co 56 Fe + e + + ν e T K, ρ kg m 3 Fe acumula en el núcleo Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
8 Supergigante Etapa Tiempo Combustible Ceniza T 10 6 K Hidrógeno 11 M años H He 35.0 Helio 2 M años He C, O 180 Carbono 2000 años C Ne, Mg 810 Neon 0.7 años Ne O, Mg 1600 Oxígeno 2.6 años O, Mg Si, S, 1900 O, Mg Ar, Ca Silicio 18 dias Si, S, Fe, Ni, 3300 Ar, Ca Cr, Ti Hierro 1 seg Fe, Ni, Estrella de 7100 (colapso) Cr, Ti neutrones Evolución de una estrella de 15M Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
9 Supergigante Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
10 Supergigante Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
11 Colapso del núcleo: segundos Fotodesintegración de Fe 56 Fe + γ 13 4 He + 4n Reacción endotérmica Captura de electrones e + p ν e + n Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
12 Supernova Tipo II acreción material protoestrella de neutrones 10km onda de choque 300km neutrinos energéticos Centro del núcleo se colapsa en 1 segundo Rebota y envia onda de choque Disociación de Fe estanca el choque Reaceleración por calentamiento por neutrinos Energía transferido al envolvente de H, He estalla la supernova Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
13 Energía Neutrinos: ergs (10 46 J) Energía cinética: ergs (10 44 J) Luz: ergs (10 42 J) Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
14 Energía Neutrinos de SN1987A detectados. Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
15 Supernovas Tipo Ib y Ic Pérdida de masa domina la evolución de las estrellas muy masivas Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
16 Supernovas Tipo Ib y Ic Las estrellas M > 25M tienen etapas con fuertes vientos estelares Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
17 Supernovas Tipo Ib y Ic Pierden sus capas externas de H y hasta He Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
18 Nebulosa del Cangrejo Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
19 Nebulosa del Cangrejo Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
20 La supernova de 1054 No hay información contemporanea Referencias Chinas y Japonesas de 100 años después Estrella nueva visible al amanecer durante tres semanas Hasta 4 veces más brillante que el planeta Venus Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
21 La supernova de 1054 Fecha identificada con 4 de julio 1054 Desaparecio del cielo nocturno visible en abril 1056 Ubicado al SE de Zeta Tauri (Tianguan) Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
22 Supernova de 1054 Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
23 Nebulosa del Cangrejo Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
24 Expansión de la nebulosa Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
25 Expansión de la nebulosa Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
26 Expansio n de la nebulosa Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
27 Expansión de la nebulosa Radius t 0 Time Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
28 Expansión de la nebulosa Radius t 0 Time Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
29 Expansión de la nebulosa Radius t 0 Time Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
30 Emisión Sincrotrónica Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
31 Emisión Sincrotrónica Radiación electromagnética emitida cuando partículas cargadas están aceleradas radialmente. Artificialmente por aceleración por imanes en maquinas sincrotrones. Naturalmente por electrones relativistas desviados por campos magnéticos en el espacio. Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
32 Emisión Sincrotrónica Factor de Lorentz: γ = 1 1 v 2 /c 2 Energía del electrón relativista E = γ m e c 2 Frecuencia característica de sincrotrón: ν c = γ 2 eb 2πm e c γ 2 B Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
33 Emisión Sincrotrónica Energía emitida por unidad tiempo: Ė = 2e4 3m 2 ec 3 B2 γ 2 B 2 γ 2 Tiempo característico de pérdida de energía: τ = Ė E 1 B 2 γ Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
34 Emisión Sincrotrónica Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
35 Emisión Sincrotrónica Espectro se aplana a Hz Se atribuye a enfriamento de los electrones relativistas (cansancio) Tiempo desde la explosión es 956 años τ = 17 B 2 γ yrs; ν c = Bγ 2 Hz B 10 4 G Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
36 Un pulsar impulsa la nebulosa Fuente pulsante de radio descubierto en Arecibo en noviembre 1968 Fue detectado en el óptico en enero 1969 Primer pulsar óptico Periodo P = 33ms Decaemiento Ṗ = Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
37 Un pulsar impulsa la nebulosa Velocidad Angular Frenado K, n son constantes d dt = 2π P = K n Obtener K y n (índice de frenado) por observar,,. K = n = 2 = Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
38 Un pulsar impulsa la nebulosa Velocidad angular inicial i = Periodo inicial [ ] 1/(1 n) 1 n p K (t p t i )(n 1) = s 1 P i = 2π i Pérdida de energía rotacional Ė rot = d dt = 19.3ms ( ) 1 2 I 2 Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
39 Un pulsar impulsa la nebulosa Energía rotacional se convierte en luminosidad de radiación y emisión de partículas en forma de un viento ultrarelativista. Momento de inercia I = 2MR2 5 con M 1.4M y R 10 km. Luminosidad spin down (frenado) es Ėrot = erg s 1 (130,000 L ) Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
40 Un pulsar impulsa la nebulosa Luminosidad integrada de la emisión sincrotrónica: 25 % Trabajo hecho para acelerar los filamentos ópticos: 25 % Energía atrapada en la nebulosa sincrotrónica (presión): 50 % Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
41 Viento del pulsar Emisión de rayos-γ duros del pulsar se convierte en pares e + /e Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
42 Viento del pulsar Viento sale frio y rápido Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
43 Viento del pulsar Choque a cm (0.1 pc) del pulsar: se convierte en plasma caliente Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
44 Estructura de la nebulosa del Cangrejo Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
45 Remanente de supernova Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
46 Resumen nebulosa del Cangrejo Nebulosa observable es la burbuja del viento del pulsar. Filamentos son eyecta chocado por choque impulsado por nebulosa sincrotrónica. Se ven 5M del estimado > 8M eyectados. Energía del pulsar es transferida a la nebulosa: emisión sincrotrónica y aceleración de filamentos. Filamentos formados por inestabilidades Rayleigh-Taylor. Fotoionizados por continuo sincrotrónico. Choque externo no observado: expansión dentro de una cavidad. Jane Arthur (CRyA-UNAM) Supernovas y sus remanentes Escuela de Verano / 37
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