Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

2.3. DIE MASSENHIERARCHIE 161
Die interstellare Materie (ISM) ist danach in ständigem Austausch mit dem Material der Sterne begriffen.
Langfristig wird sie so mit schweren Elementen angereichert. Die chemische Zusammensetzung
sollte demnach ein Altersindikator sein und insbesondere im Zentrum der Milchstraße sollten nur noch
alte Sterne sein.
Wir besprechen im folgenden einige Aspekte, die beim Nachweis (durch Strahlung) und bei der Vorhersage
(möglicher Konstituenten) der ISM wichtig sind.
Bisher hat sich folgende Aussage noch immer als richtig erwiesen: eine Quelle, die nicht optisch identifiziert
werden kann, bleibt im wahrsten Sinne des Wortes im Dunkeln (also unverstanden). Ein gutes
Beispiel sind die Gamma Bursts. Die Umkehrung gilt nicht uneingeschränkt: Quasare sind seit langem
optisch identifiziert, aber nicht verstanden. Bei den Gamma Bursts ist immerhin ihre Entfernung
nunmehr bestimmt.
Teleskope und Observatorien
Radioastronomie kann vom Erdboden aus betrieben werden. Eine typische Frequenz zum Nachweis
von Radiokontinuumsquellen ist ν = 400 MHz (λ = 75 cm). Die Ionosphäre begrenzt die Durchläßigkeit
der Erdatmosphäre im unteren Frequenzbereich (unterhalb von 30 MHz), Wasserdampf im oberen (ab
300 GHz). Im letzteren Fall kann man interessante Moleküllinien von hohen Bergen (oder neuerdings
sogar vom Südpol) aus noch nachweisen. Die Empfänger erreichen mittlerweile 1 Tera Hz (300 µ) und
schließen damit ans IR an.
• DEFINITION (ZUM UMRECHNEN)
LTE (local thermodynamic equilibrium) herrscht vor, falls sich lokal, d. h. in einem kleinen Volumenelement, die verschiedenen
Konstituenten im thermodynamischen Gleichgewicht befinden. Es gilt dann für die
1. Photonen die Planck Verteilung,
2. Gaskomponente die Maxwell Verteilung und
3. ionisierte Komponente die Saha Gleichung
Der Energieaustausch zwischen den Komponenten kann dann wie folgt
E = hν = kBT = ∆mc 2
umgerechnet werden. Der Energie von 1 eV entspricht 1.602·10 −12 erg im Gaußschen System. Mit νλ = c, w = ν/c und
ɛ = hν erhält man für ɛ = 1 eV
λ = 1240 nm : T = 11605 K : ν = 241 THz : w = 8067 cm −1
1 eV cm −3 ist eine typische Energiedichte für das interstellare Gas, seine magnetische Energie und für das Strahlungsfeld
der Sterne.
Das (sichtbare) optische Spektrum reicht von etwa 800 nm bis 400 nm, der Bereich von 550 bis 500 nm ist grün. Die Balmer
Linie, Hα, liegt bei λ = 6563 ˚Angstrøm (rot).
Radiolinien
Das bei weitem häufigste Element ist Wasserstoff. Ionisierter Wasserstoff wird in der Astronomie mit
HII, atomarer mit HI bezeichnet. HI in kalten Regionen hat nur zwei Anregungsmöglichkeiten:
1. Spin Flip (21-cm Linie, Emission oder auch Absorption gegen starke Quelle),
2. Lyα (Lyman−α in Absorption: der (1s → 2p)−Übergang bei 10 eV oder λ = 1215 ˚A).
Staub und molekularer Wasserstoff, H2, bedingen sich gegenseitig. In kalter Umgebung kann H2 nur
auf Staub gebildet werden, umgekehrt schützt der Staub H2 gegen Dissoziation durch UV-Strahlung.