Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

126 KAPITEL 1. GEOMETRIE
1929 publizierte Hubble sein Gesetz über den linearen Zusammenhang von Entfernung r und Rotverschiebung
z (unter Benutzung der Messungen der Rotverschiebung z von Slipher, gestützt auf die
Beobachtungen seines Mitarbeiters Humason und geleitet von Vorhersagen der Einsteinschen allgemeinen
Relativitätstheorie, ART):
oder
z = H
r (1.248)
c
v = Hr (1.249)
Die Größe H heißt Hubble Konstante, v ist die Flucht–Geschwindigkeit der Galaxie und c ist die
Lichtgeschwindigkeit. H −1 hat die Dimension einer Zeit und ist ein Maß für das Alter des Kosmos (s.
u.). Als Einheiten wählt man gewöhnlich für v 100 km/sec und für die Entfernung r das Mpc, sodaß H
die ’natürliche’ Einheit H = (100 km/sec)/Mpc oder
H −1 = 0.98 · 10 10
hat. Die entsprechende Längeneinheit ist
cH −1 = 0.9 · 10 28
yr = 9.8 Gyr (1.250)
cm = 2.6 · 10 9
pc (1.251)
Trotz vielfacher Anstrengungen in den letzten 50 Jahren konnte die Hubble Konstante H bestenfalls
bis auf einen Faktor zwei bestimmt werden, man schrieb deshalb
Ho = hH mit 0.5 < h < 1.0
Selbst die erste Bestimmung mit dem HST ergab einen viel zu grossen Wert. Mit der Entfernung
D = 82 Mpc (für den Coma-Haufen) und v = 7 146 km/sec (z ≈ 7/300) liefert das H0 = v/D = 87
km s −1 Mpc −1 , d. h.
h = 0.87 (1.252)
entsprechend einem Alter des Kosmos von etwa 10 Gyr (s. u.).
• ZUSATZ (ANMERKUNGEN)
Hubbles ursprünglicher Wert von h war 5 und damit das Alter des Universums nur 1.5 Gyr, kleiner als das Alter der Erde
(nach Berechnungen der Geologen damals). Hubble hat seinen zu kleinen Wert dennoch vertreten.
Nimmt man das Standardmodell des Kosmos, dann ist das Alter, welches aus h = 0.87 folgt, t = 2
3h H−1 und das liefert
nur 7.5 Gyr, wesentlich weniger als 10 Gyr, die man für ein offenes Modell erhält.
Mithilfe der Rotverschiebung z kann man (im linearen Bereich z ≪ 1 jedenfalls) die Entfernung eines
Objekts angeben, falls z gemessen ist. Quasare haben lange Zeit (als Klasse) die größten gemessenen
Rotverschiebungen, insbesondere für z > 1 gehabt. Aber auch die lichtschwächeren Galaxien
erreichen mittlerweile z = 5, einzelne (durch eine Linse verstärkte) übertreffen sogar die Quasare.
Indirekt kann man sogar mittlerweile die Existenz von Galaxien mit z ≈ 5 . . . 6 nachweisen (über ihre
Leuchtkraft und ihre Farbe).
Vollkommen unerwartet war 1991 Entdeckung einer Protogalaxie, Quelle F10214+4724 im IRAS Katalog,
mit einer Rotverschiebung von z = 2.286. Gesehen wird allerdings der CO(3 → 2) Rotationsübergang,
welcher von λr = 850µm nach λ = 3 mm verschoben ist. Erste Abschätzungen ergaben,
daß die gesamte bolometrische Leuchtkraft der Quelle im IR sich auf L ≈ 10 14 L⊙ belaufen müßte.
Dem würde ein vollkommen neuer Typus von Galaxie (im Urzustand?) entsprechen. Mittlerweile weiß
man aber, daß die Strahlung durch eine Gravitationslinse gebündelt (um einen Faktor von etwa 10
. . . 30 verstärkt) wird.