Εκρήξεις supernova. Η εξέλιξη τους στο χρόνο και η σχέση τους με την παραγωγή κοσμικών ακτινών. Μεταφορά της επιστημονικής γνώσης στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση.

Supernova explosions. Their evolution over time and their relationship to cosmic rays production. Transfer of scientific knowledge to secondary education. (Αγγλική)

  1. MSc thesis
  2. Καραχάλιος, Θωμάς
  3. Μεταπτυχιακή Ειδίκευση Καθηγητών των Φυσικών Επιστημών (ΚΦΕ)
  4. 29 Σεπτεμβρίου 2019 [2019-09-29]
  5. Ελληνικά
  6. 128
  7. Τζαμαρίας, Σπυρίδων
  8. Τζαμαρίας, Σπυρίδων | Λέισος, Αντώνιος
  9. Υπερκαινοφανής, υπόλειμμα, κοσμικές ακτίνες, στοχαστική επιτάχυνση, αστέρας νετρονίων, Φέρμι, κρουστικό κύμα | Supernova, remnant, cosmic rays, stochastic acceleration, neutron star, Fermi, shock front
  10. 3
  11. 12
  12. 45
  13. Περιέχει: εικόνες, σχήματα, πίνακες
    • Είναι γνωστό ότι ο όρος υπερκαινοφανής αστέρας ή σουπερνόβα αναφέρεται σε τύπους εκρήξεων που σηματοδοτούν το τέλος της ζωής των άστρων και εμπλέκουν τη βαρυτική κατάρρευση στα άστρα μεγάλης μάζας και τη θερμοπυρηνική έκρηξη στους λευκούς νάνους. Το κρουστικό κύμα της έκρηξης έχει την ικανότητα να επιταχύνει τα σωματίδια σε σχετικιστικές ενέργειες και θεωρείται υπεύθυνο για το κλάσμα εκείνο της κοσμικής ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια της γης και έχει υψηλές ενέργειες της τάξεως των TeV. Ήδη από το 1934 οι Baade και Zwicky είχαν συνδέσει την εμφάνιση των υπερκαινοφανών με την παραγωγή των κοσμικών ακτινών και το σχηματισμό των άστρων νετρονίων. Η συσχέτιση αυτή έγινε επειδή τα υπολείμματα των υπερκαινοφανών είναι οι καλύτεροι υποψήφιοι για την επιτάχυνση των κοσμικών ακτινών στον γαλαξία, κυρίως επειδή έχουν υψηλότερα μαγνητικά πεδία από το ενδοαστρικό μέσο. Τα υπολείμματα των υπερκαινοφανών κατατάσσονται ανάλογα με το γεωμετρικό τους σχήμα, με τη σφαιρική κατανομή (τύπου κελύφους) να είναι η επικρατέστερη. Η εξέλιξη τους στο χρόνο, από την έκρηξη του προγεννήτορα αστέρα έως την συγχώνευση του υπολείμματος με το περιβάλλον μέσο, μπορεί να συνοψιστεί σε τέσσερα διακριτά στάδια, τη φάση της ελεύθερης εκτόνωσης (free expansion), τη φάση της αδιαβατικής μεταβολής (adiabatic expansion), τη φάση ψύξης με ακτινοβολία (radiative cooling) και τη φάση συγχώνευσης με το μεσοαστρικό υλικό (merging). Οι αλληλεπιδράσεις των σχετικιστικών σωματιδίων με τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία και την μεσοαστρική ύλη περιλαμβάνουν κυρίως την παραγωγή των ακτινοβολιών τύπου σύγχροτρον, Bremsstrahlung, Cherenkov, τον σκεδασμό Compton και τον αντίστροφο σκεδασμό Compton και την απώλεια ενέργειας μέσω ιοντισμού. Από αυτές η ακτινοβολία σύγχροτρον αποτελεί το σημαντικότερο μηχανισμό μη θερμικής ακτινοβολίας στο σύμπαν και απαντάται κατά κόρον στα κελύφη των υπολειμμάτων των υπερκαινοφανών. Όσον αφορά τους επικρατέστερους μηχανισμούς επιτάχυνσης των κοσμικών ακτινών αυτοί αναπτύχθηκαν από την αρχική ιδέα του Fermi περί στοχαστικής επιτάχυνσης των σωματιδίων 1ης και 2ης τάξης, με το μηχανισμό επιτάχυνσης σωματιδίων σε κύματα shock (1ης τάξης επιτάχυνση Fermi) να αποτελεί βελτίωση του μηχανισμού 2ης τάξης. Τα παραπάνω συνοδεύονται από μια σύντομη περιγραφή της εξέλιξης των άστρων ανάλογα με την αρχικά τους μάζα, μια αναφορά στα γενικά χαρακτηριστικά των υπερκαινοφανών αστέρων (τύποι) και των κοσμικών ακτινών (φάσμα, σύσταση, προέλευση), αλλά και το ιστορικό πλαίσιο της ανακάλυψης τους δεδομένου ότι αυτές απέχουν χρονικά περισσότερο από 1000 χρόνια. Δομικά, η παρούσα εργασία χωρίζεται σε 2 τμήματα. Τα κεφάλαια 1-5 αποτελούν τη βιβλιογραφική αναφορά του θέματος και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως επιμορφωτικό υλικό για τους καθηγητές δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης. Σκοπός είναι η εξοικείωση και η βαθύτερη κατανόηση των εννοιών που πραγματεύεται το κείμενο και θα διδαχθούν στην τάξη. Στο κεφάλαιο 6 αναπτύσσεται ένα πρότυπο σχέδιο μαθήματος στο οποίο χρησιμοποιείται η εποικοδομητική προσέγγιση στη γνώση. Αυτό περιλαμβάνει την αναλυτική περιγραφή του εκπαιδευτικού σεναρίου, κύρια στοιχεία του οποίου είναι ο συνδυασμός της προβολής οπτικοακουστικού υλικού (διαφάνειες και βίντεο) και της χρήσης διαδικτύου, φυλλαδίου εργασίας και πειραματικής διάταξης.
    • It is known that the term supernovae or supernova refers to types of explosions that mark the end of stars life, involving gravitational collapse in massive stars and thermonuclear explosion in white dwarfs. The blast wave of the explosion has the ability to accelerate the particles into relativistic energies and is considered responsible for the fraction of cosmic radiation reaching the earth‘s surface and having high energies of the order of TeV. Already in 1934 Baade and Zwicky had linked the appearance of supernova with cosmic rays production and neutron stars formation. This correlation was made because supernova remnants are the best candidates for accelerating cosmic rays in the galaxy, mainly because they have higher magnetic fields than the interstellar medium. Supernova remnants are classified according to their geometric shape, with the spherical distribution (shell type) being the predominant. Their evolution in time, from star progenitor‘s explosion to the remnant merging with the environment, can be summarized in four distinct stages, the free expansion phase, the adiabatic expansion phase, the radiative cooling phase and the merging phase. Relativistic particles interactions with electromagnetic fields and the interstellar medium includes mainly the production of synchrotron radiation, Bremsstrahlung radiation, Cherenkov radiation, Compton scattering and Compton inverse scattering, and energy loss through ionization. Of these, synchrotron radiation is the most important mechanism of non-thermal radiation in the universe and is abundant in the supernova remnants shells. The predominant cosmic ray acceleration mechanisms were developed from Fermi's original idea of first and second order stochastic particle acceleration, with the diffusive shock acceleration mechanism improving the 2nd order mechanism. In the present paper the above are accompanied by a brief description of stars evolution according to their original mass, a reference to the general characteristics of the supernovas and cosmic rays (spectrum, composition, origin), and is also mentioned the historical context of these discoveries since the discovery gap between them is more than 1000 years. The present work is divided into 2 sections. Chapters 1-5 form the bibliographic reference of the subject and can be used as a training material for secondary school teachers. The purpose is to familiarize and deepen the concepts that the text deals with and will be taught in the classroom. Chapter 6 develops a model lesson plan that uses the constructive approach to knowledge. This includes a detailed description of the training scenario, the key elements of which are the combination of viewing audiovisual material (slides and videos) and the use of the Internet, a booklet and an experimental layout.
  15. Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.