Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

2.3. DIE MASSENHIERARCHIE 163
mit ge = 2 (Dirac) und gp = 5.6 (empirisch). Es ist G(0) = − 6
2
3 und G(1) = 3 .
Demnach hat der Grundzustand ∆Ehfs(n = 1) für F = 0 (antiparallele Spins) die niedrigste Energie. Der Übergang
F = 1 → 0 hat die
∆Ehfs(n = 1) = −gegpα 4
� �
me
mec 2
(2.136)
in Zahlen
mp
Energie ∆Ehfs(n = 1) ≈ 5.6 · 10 −6
eV oder k∆T = 0.06 K
• DEFINITION (LINIEN ZUM NACHSCHLAGEN)
Die ersten Identifikationen interstellarer Elemente wurden optisch gemacht.
Berühmte Beispiele sind die Identifizierung von Nebulium durch Owen und von H − durch Wildt. Insbesondere für Nebel,
die von einem heißen Stern geheizt werden, sind ganz be-
sondere Anregungsmechanismen wichtig. Charakteritikum
solcher Nebel ist das Auftreten von (im Labor) nicht beobachteten
Linien bzw. Übergängen wie die [O ++ ]-Linie oder
der Zwei - Photonenübergang (2s - 1s) bei H.
Die Radioastronomie hat insbesondere die Molekülphysik
bis hin zur organischen Chemie erweitert.
Interessant ist mittlerweile nicht mehr, was entdeckt wird
(etwa Alkohol, Zucker und Benzol) sondern was fehlt (O2
fehlt und H2O ist viel weniger vorhanden, als ursprünglich
bestimmt).
Einige wichtige Nachweis Linien zur Bestimmung der Temperatur
und der Häufigkeit der Elemente sind in der folgenden
Tabelle aufgeführt.
Damit erreicht man für vollständig ionisiertes Eisen, Z =
26, bei der Rekombination bereits Energien, die im mittleren
Röntgenbereich (E = 9 · 10 3 eV) liegen (und dort auch
selbst bei kosmologischen Quellen beobachtet werden).
Wichtige Nachweis Linien
Name Element E T λ
Bezeichnung Übergang eV Kelvin
atomar
Hyperfein H 5·10 −6 0.06 21 cm
molekular, Rotation
CO 1 → 0 50 2.6 mm
HD 1 → 0 440 µ
H2 2 → 0 500 28 µ
atomar, elektronische Anregung
Hα (Balmer) 2s→3p 3.6 6563 ˚A
Lα (Lyman) 1s→2p 10 10 5 1215 ˚A
Fe XXVI Ka 1s→2p 6.9·10 3 1.79 ˚A
Fe XXVI Kb 1s→3p 8.1·10 3 10 7 1.54 ˚A
relativistisch
Positronium e, ē 5·105 Für das H Atom hat der Grundzustand ∆Ehfs(n = 1) für F = 0 (antiparallele Spins) die niedrigste
Energie. Der Übergang F = 1 → 0 (Spin Flip) hat die Energie
∆Ehfs(n = 1) = −gegpα Tab. 2.8: Cygnus A
4
� �
me
mec
mp
2
(2.137)
was λ = 21 cm entspricht. In Zahlen
Energie ∆Ehfs(n = 1) ≈ 5.6 · 10 −6
eV oder k∆T = 0.06 K
Die dazu gehörende Frequenz ist eine der am genauesten bestimmten Größen der Physik:
νhfs = 1 420. 405 751 786 MHz (2.138)
Auch der Einstein A Koeffizient kann exakt bestimmt werden. Es gilt in Zahlen für die Emission:
A ≈ 2.85 · 10 −15
s −1 (2.139)
was einer Lebensdauer von T = 10 Myr entspricht. Für die Säulendichte NH des Hyperfeinübergangs
bei atomarem Wasserstoff ergibt sich damit in der Beobachtung angepassten Einheiten
N = 1.8 · 10 18
�
(Tsp/K)(dv/kms −1 ) cm−2 (2.140)
Das Molekül OH hat zwei starke Maserlinien bei den Frequenzen 1665 und 1667 MHz (mit ∆F = 0
und zwei schwache bei 1612 und 1720 MHz mit ∆F = ±1). Es handelt sich hierbei um die Hyperfeinaufspaltung
eines l = 18 cm Übergangs (Λ Verdopplung des 2 Π3/2 Grundzustands).