Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

4.1. ÜBERBLICK 221
Viele der von Herschel (in London) und von Messier (in Paris) entdeckten Nebel waren tatsächlich
Galaxien. Die wirklichen Nebel werden nach der modernen Klassifikation in fünf verschiedene Typen
eingeteilt.
1. Dunkelwolken (Dark nebulae). Beobachtbar durch das Fehlen von Hintergrundquellen.
2. Reflexionsnebel (Reflections nebulae). Beobachtbar durch das Streulicht von Sternen mit Spektraltyp
später als B0 (keine Ionisation von H) an Wolken mit Staub.
3. H II Regionen. Beobachtbar durch (verbotene) Emissionslinien, welche von OB Sternen angeregt
werden.
4. Planetare Nebel sind den H II Regionen ähnlich, die Anregung stammt von heißen Sternen im
Endstadium der Entwicklung.
5. Supernova Überreste. Filamente, polarisierte Strahlung, radioaktive Elemente.
Dunkelwolken wurden von Barnard und Bok genauer untersucht. Besonders die runden (Bok Globulen)
sind gravisch gebunden und vermutlich Orte der Sternentstehung.
Reflexionsnebel wurden von Hubble untersucht und von Russell gedeutet: das reflektierte Licht ist
blauer als das Licht des eingebetteten Sterns.
H II Regionen bilden sich um heiße O und B Sterne. Innerhalb eines Radius R ist Wasserstoff vollständig
ionisiert, wie Strømgren erstmals gezeigt hat. Der Kugelradius R kann wie folgt bestimmt werden. Der
Photonenfluß Φ des Sterns an Photonen die Wasserstoff ionisieren können, kann insgesamt ein Volumen
4πR 3 /3 ionisiert halten, falls Gleichgewicht zwischen Rekombination und Ionisation besteht
Φ = R 4πR3
3
; R = αnenp
gilt, wobei R die Rekombinationsrate ist. Eine Durchmusterung von H II Regionen wurde von Westerhout
durchgeführt, die Quellen in seinem Katalog werden mit W bezeichnet. Der Qrion Nebel (M42 =
Ori A; G209.0 − 19.4) hat die Bezeichnung W10.
• BEISPIEL (DIE FILAMENTE DES CRAB NEBELS)
Der Krebsnebel wurde von Charles Messier wiederentdeckt und bekam die Nummer eins in seinem Nebel Katalog von
1758. Hundert Jahre später, 1845, wurde er von William Parson, 3. Earl of Rosse, erstmals genauer untersucht und so getauft
(Crab nebula). Die Benutzung der Photo - Platte (H. Draper, 1840; Whipple, 1850) war noch neu, die ersten Bilder Rosses
vom Krebsnebel sind Handzeichnungen. Von ihm stammt auch die erste Beschreibung der Filamente des Krebsnebels.
Frühe Vermutungen, daß es sich beim Krebsnebels um eine Nova handeln könnte, die von chinesischen Beobachtern notiert
worden war, stammen von Lundmark (1921) und Hubble. Änderungen (auf der Zeitskala von einem Jahr) der Helligkeit
der Filamente des Nebels wurden erstmals von Lampland 1921 mitgeteilt. Eine erste Abschätzung des Alters (anhand der
Ausdehnung) stammt von Duncan (1939). Er fand, daß die lineare Extrapolation der Expansion zurück, ein Alter von 766
Jahren ergibt. Die Aktivität und Dynamik des Nebels wurden von Baade ab 1944 genauer untersucht. Fazit: optisch ist der
Nebel nicht zu übersehen (Leuchtkraft 3·10 4 L⊙), aber auch im Radio Bereich ist er eine der stärksten Quellen, die bekannt
sind. Entdeckt wurde er dort von Bolton 1948 (Bezeichnung als Quelle: Radio Taurus A).
Das weiße Licht der Kernregion besitzt keine Spektrallinien, diese Strahlung ist stark polarisiert und damit nichtthermischen
Ursprungs.
Im Gegensatz dazu ist das Licht der Filamente praktisch reine Linienstrahlung, hauptsächlich
von Hα (λ = 6563 ˚Angstrøm) und vielen verbotenen Linien wie [N II], [Ne III], [O III], [O
II] und [S II]. Verbotene Übergänge werden durch eckige Klammern gekennzeichnet. Direkt
messbar sind die Rate der Winkelausdehnung der Filamente des Nebels und die Dopplerverschiebung
ihrer Linien von etwa 1000 km s −1 . Daraus kann die Entfernung zum Krebsnebel
bestimmt werden, sie beträgt etwa Dcrab = 2 ± 0.5 kpc.
Die energetische Quelle der Anregung, der Krebs - Pulsar, wurde von Staelin und Reifenstein
1968 gefunden und von Gold korrekt gedeutet. Es handelt sich um einen Neutronenstern.
Der Radio Pulsar hat eine Periode von 33 Millisekunden und stimmt mit dem von Baade
1942 identifizierten ’south preceding star’ im Krebsnebel überein. Nur ein Jahr später entdeckten
Cocke, Disney und J. Taylor (1969) den Pulsar sogar optisch, danach wird der Pulsar
in praktisch allen Frequenzbereichen (Maximum bei 10 TeV!) gefunden. Das Maximum der
verbotene Linien
im Crab Nebel
Element Wellenlänge
˚A ˚A
O II 3726 3729
Ne III 3868 3967
S II 4068 4076
O III 4959 5007
Tab. 4.1: Crab Nebel