PH2078 Explodierende Sterne

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Wählen Sie eine Modulversion:

PH2078 ist ein Semestermodul in Deutsch und Englisch auf Master-Niveau das unregelmäßig angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge.
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Biophysik
  • Katalog der M.Sc. Physik für Austauschstudierende

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungUmfang (ECTS)
150 h30 h5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2078 in der Version 2022w ist Janka, Hans-Thomas.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

  • Beobachtungen und Phänomenologie von Sternexplosionen
  • Klassifizierung von Supernovatypen
  • Elementare Grundlagen der Sternentwicklung massereicher Sterne
  • Grundlagen der Hydrodynamik astrophysikalischer Plasmen
  • Neutrinoprozesse in Supernovae und heissen Neutronensternen
  • Grundkenntnisse zum Neutrino- und Strahlungstransport
  • Grundlegende Prinzipien, die Dauer, Helligkeit und Farbe von Supernovalichtkurven bestimmen
  • Wechselwirkung von Strahlung mit Materie und Opazität der Explosionsejekta
  • Prozesse zur Spektrenbildung bei der Strahlungsemission
  • Physikalische Prozesse beim stellaren Kollaps und bei Sternexplosionen
  • Kosmische Gammablitze, Hypernovae, Paarinstabilitäts-Supernovae, extrem helle Supernovae
  • Relativistische Phänomene bei hohen Dichten und starken Gravitationsfeldern
  • Erzeugung von Gravitationswellen in Sternexplosionen; Beobachtungsaspekte

Nach erfolgreicher Teilnahme an diesem Modul ist der / die Studierende in der Lage:

  1. die auf theoretischen und auf Beobachtungen basierende Klassifizierung von Supernovae zu benennen.
  2. die physikalischen Grundlagen der Klassifizierung zu verstehen.
  3. die Grundzüge von Sterneigenschaften und Sternentwicklung bis zu den Endstadien zu erklären.
  4. elementare Skalierungsrelationen aus Differentialgleichungen der Sternstruktur herzuleiten.
  5. einfache Formeln zur Abschätzungen der Größenordnung wichtiger Effekte in explodierenden Sternen anzuwenden.
  6. die Grundlagen zum physikalischen Verständnis von Sternexplosionen zu erklären.
  7. die diagnostischen Möglichkeiten verschiedener Beobachtungskanäle für das bessere Verständnis von Sternexplosionen zu beurteilen.
  8. die Bedeutung von Supernovae in der Astrophysik, Kernphysik, Neutrinophysik und Gravitationsphysik zu bewerten.

Theoretische Astrophysik (Einführungsmodul PH2080) ist von Vorteil, aber nicht zwingend notwendig. Physikalische Grundlagen von Vorlesungen bis zum Bachelor werden stark empfohlen.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Kurse für das Wintersemester 2022/3

KursnameVeranstaltungsformTermineStunden pro Woche
Explodierende SterneVorlesung2 h

In Vorlesungen werden die Lerninhalte durch frontalen Unterricht in didaktischer, strukturierter und umfassender Form präsentiert. Dabei werden aus einem sehr breiten Forschungsgebiet Basiswissen sowie aktuelle Themen selektiv und fokussiert behandelt. Universelle methodische und physikalische Konzepte werden durch Querbezüge aufgezeigt. Bei zentralen Sachverhalten werden die Studierenden mittels wissenschaftlicher Diskussion einbezogen, um das eigenständige analytisch-physikalische Denkvermögen zu fördern. Regelmäßiger Besuch der Vorlesungen wird daher dringend empfohlen.

Die Präsentation des Lehrstoffes wird durch Anwendungsbeispiele und Rechenaufgaben angereichert, welche die Studierenden selbst nachvollziehen und erarbeiten sollen, um dadurch Zusammenhänge zu vertiefen und das Gelernte einzuüben. Diese freiwilligen Anwendungen können auf Wunsch mit dem Dozenten nachbesprochen werden.

Das geistige Durchdringen des Vorlesungsstoffes soll durch diese freiwilligen Aufgaben und durch Selbststudium der eigenen Notizen aus der Vorlesung sowie angegebener Lehrbücher und aktueller Übersichtsartikel in der Fachliteratur erfolgen. Diese Nachbereitung des Stoffes ist unverzichtbar, um die Lehrinhalte zu vertiefen. Nur so können die Studierenden als Lernergebnis  das Gelernte verstehen und selbstständig erklären und anwenden.

Tafelanschrieb, Folien, Skripten und Online-Material, gelegentlich Laptop-Projektion von Visualisierungen.

Übersichtsartikel (Scientific review articles):

  • "Neutrino-driven Explosions",  H.-Th. Janka, chapter in 'Handbook of Supernovae,' edited by A. Alsabti and P. Murdin (Springer,2017) (arXiv:1702.08825)
  • "Neutrino Emission from Supernovae", H.-Th. Janka, chapter in 'Handbook of Supernovae,' edited by A. Alsabti and P. Murdin (Springer,2017) (arXiv:1702.08713)
  • "The Status of Multi-Dimensional Core-Collapse Supernova Models",  B. Müller, Publications of the Astronomical Society of Australia, Volume 33, id.e048 (arXiv:1608.03274)
  • "Spectra of Supernovae in the Nebular Phase",  A. Jerkstrand, chapter in 'Handbook of Supernovae,' edited by A. Alsabti and P. Murdin (Springer,2017) (arXiv:1702.06702)
  • "The Extremes of Thermonuclear Supernovae",  S.Taubenberger, chapter in 'Handbook of Supernovae,' edited by A. Alsabti and P. Murdin (Springer,2017) (arXiv:1703.00528)
  • "Combustion in thermonuclear supernova explosions",  F. Roepke, chapter in 'Handbook of Supernovae,' edited by A. Alsabti and P. Murdin (Springer,2017) (arXiv:1703.09274)
  • "Explosion Mechanisms of Core-Collapse Supernovae", H.-Th. Janka, Annual Review of Nuclear and Particle Science 62: 381 (arXiv:1206.2503)
  • "The Hans Bethe Centennial Volume (1996-2006)",  G. Brown, V. Kalogera, Ed van den Heuvel  (Physics Reports 442, 2007)
  • "The Physics of Core-Collapse Supernovae", S. Woosley, H.-Th. Janka (Nature Physics 1, 147, 2005)
  • "The Supernovae Gamma-Ray Burst Connection",   S. Woosley, J.S. Bloom (Ann. Rev. Astron. Astrophys. 44, 507, 2006)

Lehrbücher (Text books):

  • "Black Holes, White Dwarfs, and Neutron Stars",  S.L. Shapiro, S.A. Teukolsky (Wiley, NY, 1983)
  • "Computational Methods for Astrophysical Fluid Flow",  R.J. Le Veque, D. Mihalas, E.A. Dorfi, E. Müller  (Springer, Berlin, 1998)
  • "Teilchenastrophysik",   H.V. Klapdor-Kleingrothaus, K. Zuber (Teubner Studienbücher Physik, Stuttgart, 1997); available also in English: "Particle Astrophysics" (IoP, CRC Press, 1997)

Populär, aber z.T. gehobenes Nivau (Popular articles and books, partly above elementary level):

  • "Supernovae und Gammablitze", H.-Th. Janka (Springer Spektrum, Heidelberg 2011)
  • "Rätselhafte Supernovae",  W. Hillebrandt, H.-Th. Janka, E. Müller (Spektrum der Wissenschaft, Juli 2005, 36)
  • "How to Blow Up a Star",   W. Hillebrandt, H.-Th. Janka, E. Müller (Scientific American, October 2006, 43)
  • "Supernovaexplosionen und rasende Neutronensterne",  H.-T. Janka (Sterne und Weltraum, 01/2007)
  • "Supernovae und kosmische Gammablitze",  H.-Th. Janka, S. Klose, F. Roepke, (Sterne und Weltraum, 03/2011 und 04/2011)

Internet und Skript (Internet and script):

  • http://www.mpa-garching.mpg.de/~thj/popular-en.html
  • http://wwwmpa.mpa-garching.mpg.de/lectures/SNE/
  • http://wwwmpa.mpa-garching.mpg.de/lectures/WDNSBH/

Modulprüfung

Es findet eine mündliche Prüfung von 30 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen, Abruf einfacher Formeln zur Erfassung elementarer Zusammenhaenge und einfache Rechnungen zur quantitativen Abschaetzung von relevanten Groessenordnungen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Beschreibung und Begruendung des Klassifizierungsschemas fuer verschiedene Typen von Supernovae.
  • Erinnern der wichtigsten Neutrinowechselwirkungen im Kern von Supernovae.
  • Anwenden von Skalierungsgesetzen zur Erklaerung grundlegender Eigenschaften massereicher Sterne.
  • Unterscheiden and Abschaetzen der fundamentalen Energiequellen verschiedener Typen von Supernovae.
  • Erklaerung der physikalischen Mechanismen fuer die Explosion verschiedener Supernovae.
  • Bewertung des moeglichen Erkenntnisgewinns durch Beobachtung von Sternexplosionen mittels unterschiedlicher Signale (elektromagnetisch, Neutrinos, Gravitationswellen).

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.