Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

1.5. GEOMETRIE DER RAUMZEIT 111
Kosmologisch geeignete Einheiten für Masse und Leuchtkraft
Wir werden im folgenden die Hubble Relation zur Entfernungsbestimmung
Dl = 6 1 1 + 0.5z
z
2h 1 + z
und für die Leuchtkraft
Le = 4πD 2 l fo
Gpc (1.232)
(1.233)
benutzen. Der Index o bezieht sich auf den Beobachter, fo ist der (der direkt messbare) Fluß (einer
Linie), z ist die Rotverschiebung und h ist die natürliche, dimensionslose Entfernungs - Masseinheit
(Hubble Parameter) für Kosmologen. Sie wird später erklärt.
Mit h = 0.5 als Richtwert ergibt sich
Le = 4 · 10 57 foz 2
� �2 1 + 0.5z
erg s
1 + z
−1 (1.234)
Eigentlich sollte diese Relation erst ab D = 100 Mpc verwendet werden (also ab z = v/c = 1/30 oder
v = zc = 10 4 km s −1 für die Fluchtgeschwindigkeit), sie dient mangels besserem hier als Richtwert
und scheint durchaus geeignet zur Entfernungsbestimmung ab Virgo Haufen (z = 1/150).
Wir nehmen an, daß die Milchstraße typisch für Galaxien ist, ähnlich wie die Sonne für Sterne. Für das
folgende führen wir damit neue, praktische Einheiten ein
1. für die Gesamtleuchtkraft
L∗ = 2.5 · 10 10 L⊙ = 10 44
2. und die Gesamtmasse (Dunkelmasse inklusive)
erg s −1 (1.235)
M∗ = 1 · 10 12 M⊙ = 2 · 10 45 g (1.236)
Für die Milchstraße und für M31 gilt dann L ≈ L∗ und (inklusive Dunkelmasse) M ≈ M∗. Der
Quasar 3C 273 hat dagegen L ≈ 10 3 L∗ und die stärksten Quellen erreichen ein dex mehr, L ≈ 10 4 L∗
an Dauerleuchtkraft. Allerdings liegt das Maximum der Strahlung im Gammabereich.
1.5.3 Galaxien
Für die Kosmologie sind Galaxienhaufen die Grundbausteine, sie folgen nicht der kosmologischen
Expansion. Ob Galaxien oder einzelne ihrer Objekte (wie Sterne, Novae, Supernovae usw.) als Standardkerzen
taugen, hängt letztlich davon ab, ob sie physikalisch verstanden werden können.
Direkt beobachtbar an Galaxien sind die Flächenhelligkeit (bzw. aufintegriert ihre Leuchtkraft), die
Dopplerverschiebung, die Breite von Linien und die chemische Häufigkeit der Elemente.
• ANMERKUNG (INTEGRALE EIGENSCHAFTEN DER GALAXIEN)
Bisher haben wir Galaxien betrachtet, wie sie in unserer näheren Umgebung vorkommen. Das Hauptanliegen war, ihre
Entfernung zu bestimmen und daraus, wenn möglich, neue Eichkerzen zu finden.
Wir geben zunächst eine tabellarische Zusammenfassung der integralen Eigenschaften für die Galaxien unserer näheren
Umgebung, wie wir sie leicht ableiten können, falls die
Entfernung bekannt ist.
D ist hier der optische Durchmesser der Galaxie, das
Klasse Mv(min) Mv(max) Dmin Dmax
Doppelte des sog. Holmberg Radius. Dieser ist definiert
mag mag kpc kpc
durch den Abfall der Flächenhelligkeit auf einen phänomenologischen Elliptisch −16 −22 10 50
Festwert. Die nach dem Virialsatz bestimmten Massen reichen
von M = 1 · 10 10 M⊙ bis etwa M = 1 · 10 12 M⊙, der
Rekord beträgt dabei M = 3 · 10 13 M⊙ für M87. In diesen
Massen ist die Dunkelmaterie enthalten.
Zwerg Galaxien sind nochmals leichter. Über Dunkelmaterie
ist bei ihnen nichts bekannt. Sie bilden den Übergang
Spirale −16 −21 10 30
Irregulär −14 −18 5 20
Zwergsystem −10 −16 1 10
Tab. 1.42: Galaxien-Eigenschaften