Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

1.5. GEOMETRIE DER RAUMZEIT 123
Der nächste Quasar, 2S 0241+622 liegt 250 Mpc entfernt (z = 0.04), also bereits weit außerhalb
unseres lokalen Superhaufens. Er wurde erst 1978 (und zwar als Röntgenquelle) entdeckt. Seit 1991
wurde kein Quasar mit größerer Rotverschiebung als der von PC1247+3406 mit z = 4.897 gefunden.
Damit liegen Quasare im Intervall 0.04 ≤ z ≤ 5. Für festes z variieren ihre Leuchtkräfte um etwa 2
dex. Die meisten Objekte im Kosmos gibt es doppelt, in kleinen Gruppen oder in Haufen.
• BEISPIEL (DOPPEL-QUASAR KANDIDATEN)
Machen Quasare eine Ausnahme? Gibt es Doppel-Quasare oder gar Quasarhaufen?
Wie die Tabelle zeigt, gibt es tatsächlich Doppel-Quasare (jedenfalls Kandidaten). Die nebenstehende Tabelle gibt den Na-
men (d. h. die Koordinaten) der beiden Quasare, ihre Rotverschiebung Ze und
den maximalen Winkelabstand ∆θ (in Bogensekunden).
Auch bei mehr als N = 10 000 bekannten Quasaren ist es statistisch unwahrscheinlich,
daß zwei von ihnen um weniger als 10 Bogensekunden bei nahezu
gleichem Abstand (d. h. bei gleichem z = Ze) zusammenstehen. Die Kugeloberfläche
enthält 5 · 10 11 arcsec 2 und eine Dopplerdifferenz von 100 km s −1
entspricht einer Radiusdifferenz von ∆r/R = 1/3000. Damit ist die Wahrscheinlichkeit,
zufällig zwei Quasare innerhalb der angegeben Volumengrenzen
Doppel-Quasar Kandidaten
Name Ze ∆θ
QSO 1343 + 164 2.03 9.5
QSO 1145 − 071 1.35 4.2
QSO 1146 + 111 1.01 157
QSO 1548 + 114 1.90 (0.44) 4.8
zu finden, W = N(∆V/V ) ≈ 5 · 1011 .
Tab. 1.54: Doppel-Quasare
Beim Doppel-Quasar QSO 1145 − 071 mit z = 1.35 ist einer radio-laut der andere nicht.
• ANMERKUNG (DIE LEUCHTKRAFT DER QUASARE)
Die scheinbare visuelle Helligkeit von den bekannten Quasaren liegt zwischen mV = 13 und mV = 20. Erstaunlicherweise
ist für die nächsten (mit Rotverschiebungen logz < −1.2) die Variation in der (optischen) Helligkeit, sie variieren im
gesamten Intervall (von mV = 13 bis mV = 20). Als Standardkerzen sind sie damit denkbar ungeeignet.
Die visuellen Leuchtkräfte von den bekannten Quasaren liegen zwischen 10 45 erg s −1 und 10 49 erg s −1 oder in Magnituden
−24 > MV > −32. Zur Erinnerung:
Die Leuchtkraft der Milchstrasse beträgt etwa LGal = 2.5 · 10 10 L⊙ = 10 44 erg s −1 .
Die Leuchtkraft von L = 10 49 erg s −1 muß etwa t = 1 Myr (3·10 13 ) aufrecht erhalten werden, das liefert für die benötigte
Energie:
E = Lt ≈ 3 · 10 63
erg, oder E ≈ 1.5 · 10 9 M⊙c 2
(1.240)
Setzt man grosszügig als Wirkungsgrad 10% an, dann muß zum Schluß das Schwarzes Loch im Zentrum eine Masse von
10 10 M⊙ besitzen.
• ANMERKUNG (GESCHICHTE DER ROTVERSCHIEBUNGSREKORDE)
Bei Galaxien und Quasaren sind neue Rotverschiebungsrekorde meist mit Fortschritten bei der technologischen Entwicklung
verbunden gewesen.
Hubble hatte mit dem 100-inch Teleskop auf dem Mount Wilson das größte Teleskop zur Verfügung. In seiner
Veröffentlichung von 1929 ist das Maximum von cz 1200 km s −1 (entspricht formal
z = 4.5 · 10 −3 ), was als Entfernung das Zentrum vom Virgo Haufen liefert. Hubble
kam bis cz 6000 km s −1 , bis zur Entfernung zum Zentrum vom Coma Haufen. Humason
und Mayall konnten das Maximum bis auf cz = 6000 km s −1 im Jahre 1935
steigern. Dann folgt ein Quantensprung der Rotverschiebung mit der Inbetrienahme
des 200-inch Teleskops auf dem Mount Wilson. 1950 war cz = 60000 km s −1 oder
z = 0.2 erreicht. (Ref. Humason, Mayall und Sandage; Ap.J.61, 97, 1956). 1965 lag
z für Galaxien bei 0.5 und 1970 bei 1.
Die ersten QSR wurden 1961 gefunden (Sandage fand das optische Gegenstück zu
3C 48). Die Identifizierung der Rotverschiebung gelang M. Schmidt 1963 anhand der
Quelle 3C 273 (mit z = 0.158). Für 3C 48 ist z = 0.368. Ab jetzt dominieren Quasare
die Rotverschiebungsrekorde, wie die Tabelle zeigt. Von anfänglich einer Hand
voll, auf über 1500 im Jahr 1977 und 7300 im Jahr 1993 ist die Gesamtzahl bis auf
Rotverschiebungsrekorde
Galaxien
Name z Jahr
G1 und G2 4.92 1997
6C0140+326 4.41 1996
8C1435+635 4.25 1994
4C41.17 3.8 1991
F10214+4724 2.286 1991
3C 472.1 1.175 1982
über 10 Tausend im Jahr 1998 gestiegen.
Tab. 1.55: Rotverschiebung I
Das grosse Interesse an ihnen beruht nicht zuletzt darin, die Hubble Konstante mit ihnen vielleich bestimmen zu können
(Entdeckung neuer Standardkerzen) und den Anfang der Stern- oder Galaxienbildung zu finden.
Quasare hatten lange Zeit die größten Rotverschiebungen, wie aus der nebenstehenden Tabelle hervorgeht. Der letzte
Rekord stammt allerdings aus dem Jahr 1991 und wurde von Schneider D.P., Schmidt, M. und Gunn, J.E. aufgestellt.