Sterren bij radiogolflengtes Ronny Blomme Koninklijke Sterrenwacht van België

Wega, 7 mei 2005 Overzicht Radio–interferometrie Radio–interferometrie Massaverlies Massaverlies Botsende sterrenwinden Botsende sterrenwinden Masers Masers Bruine dwergen Bruine dwergen Pulsars Pulsars

Wega, 7 mei 2005 Radiogolflengtes Radiogolflengtes (1 cm – 20 cm) Radiogolflengtes (1 cm – 20 cm)

Wega, 7 mei 2005 Radiogolflengtes Karl G. Jansky (1905 – 1950) Karl G. Jansky (1905 – 1950)

Wega, 7 mei Radiogolflengtes Radio: λ = 6 cm Radio: λ = 6 cm Optisch: λ = 6000 Å = cm Optisch: λ = 6000 Å = cm

Wega, 7 mei 2005 Radiogolflengtes Parkes 64 m (Australië) Parkes 64 m (Australië) Resolutie: 5’ bij 6 cm Resolutie: 5’ bij 6 cm

Wega, 7 mei 2005 Radio - interferometrie

Wega, 7 mei 2005 Radio-interferometrie VLA: Very Large Array VLA: Very Large Array

Wega, 7 mei 2005 Radio-interferometrie VLA: Very Large Array VLA: Very Large Array Plains of San Augustin, New Mexico, USA Plains of San Augustin, New Mexico, USA Op 2000 m hoogte Op 2000 m hoogte Kost: 80 MUSD (1972) Kost: 80 MUSD (1972) 27 antennes, verdeeld over 3 armen 27 antennes, verdeeld over 3 armen Elke antenna: 25 m, 230 ton Elke antenna: 25 m, 230 ton Antennes zijn verplaatsbaar Antennes zijn verplaatsbaar Verschillende configuraties Verschillende configuraties D: 1 km  14” bij 6 cm D: 1 km  14” bij 6 cm A: 36 km  0,4” bij 6 cm A: 36 km  0,4” bij 6 cm

Wega, 7 mei 2005 Radio-interferometrie Radio – interferometrie techniek Radio – interferometrie techniek Wat je meet is de Fourier getransformeerde van de intensiteit aan de hemel (Van Cittert-Zernike) V(u,v) = ∫∫ S(l,m) e -2πi(ul+vm) dl dm

Wega, 7 mei 2005 Radio-interferometrie Voorbeelden van Fourier transformaties

Wega, 7 mei 2005 Radio-interferometrie (u,v) coordinaten (u,v) coordinaten

Wega, 7 mei 2005 Radio-interferometrie

Radio-interferometrie

Radio–interferometerie Radio interferometer meet Fourier getransformeerde van intensiteit aan de hemel Radio interferometer meet Fourier getransformeerde van intensiteit aan de hemel Vele basislijnen nodig om het (u,v) vlak te vullen (veel antennes, rotatie van de aarde) Vele basislijnen nodig om het (u,v) vlak te vullen (veel antennes, rotatie van de aarde) Per computer wordt de omgekeerde Fourier transformatie uitgevoerd Per computer wordt de omgekeerde Fourier transformatie uitgevoerd Beeld wordt gecleaned om effect van onvolledig (u,v) vlak weg te werken Beeld wordt gecleaned om effect van onvolledig (u,v) vlak weg te werken Op het beeld meet je de flux van de ster Op het beeld meet je de flux van de ster Eenheid van flux: 1 Jy = W/m 2 /Hz Eenheid van flux: 1 Jy = W/m 2 /Hz

Wega, 7 mei 2005 Massaverlies

HR diagram Het Hertzsprung-Russell diagram Het Hertzsprung-Russell diagram

Wega, 7 mei 2005 Massaverlies ζ Pup (O 4 If) Radio Visueel mm Planck

Wega, 7 mei 2005 Massaverlies Stralingsdruk veroorzaakt sterrenwind Stralingsdruk veroorzaakt sterrenwind V = 3000 km/s; massaverlies = M  /yr V = 3000 km/s; massaverlies = M  /yr Hoge temperatuur stralingsveld: ionisatie Hoge temperatuur stralingsveld: ionisatie Remstraling (vrij-vrij straling): extra straling Remstraling (vrij-vrij straling): extra straling Elektron passeert dicht bij ion. Baanverandering = verlies van energie Die energie wordt als foton uitgezonden

Wega, 7 mei 2005 Massaverlies ATCA ATCA

Wega, 7 mei 2005 Massaverlies ζ Pup (O 4 If) ζ Pup (O 4 If) Massaverlies = 3.5 x M  /yr Massaverlies = 3.5 x M  /yr Belangrijk voor ster-evolutie Belangrijk voor ster-evolutie Belangrijk voor de evolutie van de Melkweg Belangrijk voor de evolutie van de Melkweg

Wega, 7 mei 2005 Botsende sterrenwinden

Wega, 7 mei 2005 Botsende sterrenwinden Relatieve sterkte van de twee sterrenwinden bepaalt plaats van botsing Relatieve sterkte van de twee sterrenwinden bepaalt plaats van botsing ρ 1 v 1 2 = ρ 2 v 2 2 ρ 1 v 1 2 = ρ 2 v 2 2

Wega, 7 mei 2005 Botsende sterrenwinden WR 147 (WN8 + OB) WR 147 (WN8 + OB)

Wega, 7 mei 2005 Botsende sterrenwinden Synchrotron straling Synchrotron straling

Wega, 7 mei 2005 Botsende sterrenwinden Niet-thermische (relativistische) deeltjes Niet-thermische (relativistische) deeltjes

Wega, 7 mei 2005 Botsende sterrenwinden Baanbepaling van de dubbelster (inclinatie) Baanbepaling van de dubbelster (inclinatie) Massa van beide sterren Massa van beide sterren Relatieve sterkte van de sterrenwinden Relatieve sterkte van de sterrenwinden Massaverlies van beide sterren Massaverlies van beide sterren Magneetveld Magneetveld

Wega, 7 mei 2005 Masers

Masers Microwave Amplification by Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation Stimulated Emission of Radiation Radio equivalent van een laser Radio equivalent van een laser Komen voor bij laat-type, koele sterren (reuzen of superreuzen) Komen voor bij laat-type, koele sterren (reuzen of superreuzen) (vb: Mira variabelen) Krachtig genoeg om in andere melkwegstelsels gezien te worden Krachtig genoeg om in andere melkwegstelsels gezien te worden

Wega, 7 mei 2005 Masers 200 R  200 R  Koele ster, dus moleculen aanwezig Koele ster, dus moleculen aanwezig Pulsaties in de fotosfeer (variabiliteit) Pulsaties in de fotosfeer (variabiliteit) Stof ontstaat verder naar buiten toe Stof ontstaat verder naar buiten toe Stof weggeblazen door straling Stof weggeblazen door straling Stof sleurt het gas mee: sterrenwind Stof sleurt het gas mee: sterrenwind

Wega, 7 mei 2005 Masers Energie niveaus atoom/molecule Energie niveaus atoom/molecule

Wega, 7 mei 2005 Masers Populatie inversie Populatie inversie

Wega, 7 mei 2005 Masers Pomp Pomp

Wega, 7 mei 2005 Masers Maser heeft nodig: Maser heeft nodig: Spectrale lijn Spectrale lijn Populatie inversie Populatie inversie Pomp mechanisme Pomp mechanisme Voldoende aantal deeltjes Voldoende aantal deeltjes Moleculen met masers: Moleculen met masers: SiO, OH, H 2 O SiO, OH, H 2 O

Wega, 7 mei 2005 Masers Voorbeeld van een OH maser Voorbeeld van een OH maser Waarneming in nauwe frequentie- banden Waarneming in nauwe frequentie- banden Dopplereffect: freq.  snelheid Dopplereffect: freq.  snelheid

Wega, 7 mei 2005 Masers

Masers Licht-tijd effect Licht-tijd effect

Wega, 7 mei 2005 VLBA VLBA VLBA 8000 km 8000 km ” ” Mauna Kea, Hawaii Owens Valley, California Brewster, Washington North Liberty, Iowa Hancock, New Hampshire Kitt Peak, Arizona Pie Town, New Mexico Fort Davis, Texas Los Alamos, New Mexico St. Croix, Virgin Islands

Wega, 7 mei 2005 VLBA VLBA - magneetbanden VLBA - magneetbanden

Wega, 7 mei 2005 VLBA VLBA correlator VLBA correlator

Wega, 7 mei 2005 Masers IRC IRC SiO masers SiO masers

Wega, 7 mei 2005 Masers Maser: molecule is abondant Maser: molecule is abondant Er is een pomp mechanisme Er is een pomp mechanisme Sterkte: geeft de dichtheid van het gas Sterkte: geeft de dichtheid van het gas Breedte maser-lijn: geeft temperatuur Breedte maser-lijn: geeft temperatuur Zeeman effect: geeft magneetveld Zeeman effect: geeft magneetveld Posities op verschillende tijden: geven snelheden Posities op verschillende tijden: geven snelheden

Wega, 7 mei 2005 Bruine dwergen

Wega, 7 mei 2005 Bruine dwergen Dynamo koele hoofdreekssterren Dynamo koele hoofdreekssterren

Wega, 7 mei 2005 Bruine dwergen UV Cet B UV Cet B

Wega, 7 mei 2005 Bruine dwergen Bruine dwergen Bruine dwergen <= 0.08 M  <= 0.08 M  Geen stabiele waterstofverbranding Geen stabiele waterstofverbranding Wel deuteriumverbranding Wel deuteriumverbranding Geen convectie => geen dynamo Geen convectie => geen dynamo Weinig/geen radio flux verwacht Weinig/geen radio flux verwacht

Wega, 7 mei 2005 Bruine dwergen Correlatie radio en Röntgen Correlatie radio en Röntgen

Wega, 7 mei 2005 Bruine dwergen LP LP

Wega, 7 mei 2005 Pulsars

Pulsars Pulsars Pulsars

Wega, 7 mei 2005 Pulsars Pulsars Pulsars Neutronenster Neutronenster Straal: enkele 10 km Straal: enkele 10 km Massa: 1 M  Massa: 1 M  Magneetveld: 10 9 – G Magneetveld: 10 9 – G Rotatieperiode 1 ms – 10 s Rotatieperiode 1 ms – 10 s

Wega, 7 mei 2005 Pulsars “Vuurtoren” effect “Vuurtoren” effect

Wega, 7 mei 2005 Pulsars

Pulsars P, dP/dt diagram P, dP/dt diagram

Wega, 7 mei 2005 Samenvatting

Samenvatting Belang van radiowaarnemingen sterren: Belang van radiowaarnemingen sterren: Informatie over omgeving ster: Informatie over omgeving ster: Massaverlies, botsende sterrenwinden, snelheid van uitstromende materie/schijven, periodes pulsars, magneetveld, corona en chromosfeer, … Massaverlies, botsende sterrenwinden, snelheid van uitstromende materie/schijven, periodes pulsars, magneetveld, corona en chromosfeer, … Fysische processen: Fysische processen: Vrij-vrij straling, synchrotron straling, masers, … Vrij-vrij straling, synchrotron straling, masers, … Voordelen in vgl met andere golflengtes: Voordelen in vgl met andere golflengtes: Zeer hoge resolutie; zeer precieze astrometrie Zeer hoge resolutie; zeer precieze astrometrie