Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

224 KAPITEL 4. THERMODYNAMIK: TEMPERATUR
Mit seiner grossen Halbwertszeit kann 26 Al benutzt werden, die Anreicherung der ISM aus Supernovae
mit schweren Elementen zu untersuchen, 44 Ti ist dagegen ein Indikator für junge Supernova Überreste.
Tatsächlich findet man 26 Al entlang der galaktischen Ebene, in Richtung Orion und in Richtung der
Spiralarme, 44 Ti wurde zuerst in Cas A entdeckt. Anschließend wurde mithilfe dieser Methode ein
vorher unbekannter Supernova Überrest in nur 200 pc Entfernung (Alter 700 yr) entdeckt. Dieser wurde
übersehen, da er vom sehr viel helleren Vela Remnant überstrahlt wird.
Was noch fehlt ist spektroskopische Evidenz für Sterne der nullten Generation (z. B. ohne Fe).
In einem zweiten Schritt (21tes Jahrhundert) wird man dann versuchen, ähnlich detailliert, wie das
mittlerweile für Hauptreihensterne gelungen ist, Galaxien und Galaxienhaufen zu vermessen und zu
verstehen. Dabei gibt es einen wesentlichen Unterschied zwischen Sternen und Galaxien: die Zeitskala.
Als Zwischenschritt können Kugelsternhaufen nützlich sein. Galaxien und die Kugelsternhaufen der
Milchstraße sind vermutlich genauso alt wie das Universum; verschiedene Generationen von Galaxien
gibt es deshalb vermutlich nicht, wohl aber solche im Geburtsstadium. Wie Galaxien nach mehreren
Zusammenstößen mit anderen Galaxien aussehen, kann erst untersucht werden, wenn das Universum
10 11 Jahre alt ist (etwa an Andromeda und Milchstraße).
Um die Vorläufer der heutigen Galaxien im Frühstadium zu beobachten, muß man demnach in den
frühen Kosmos zurückblicken und das bedeutet: grosse Rotverschiebung (Infrarot Astronomie) und
weit entfernte, also schwache Quellen. Die Beobachtungen sind schwierig, da das eigentliche Signal im
Rauschen von Zodiakallicht (stetig und nicht eliminierbar, aber berechenbar) und der Staubstrahlung
der Galaxien und Galaxienhaufen steckt. Sie haben bereits begonnen (Copernicus, IRAS, COBE und
ISO) und die Kataloge dazu werden jetzt angelegt. Damit wird man dann vermutlich das Universum
als ganzes verstehen können. Ein wesentlicher Zugang zum Verständnis des frühen Universums ist die
kosmologische Hintergrundstrahlung mit ihrer hohen Isotropie und extremen Entropie.
4.2 Strahlung und ihre Quellen
Bereits der griechische Philosoph Parmenides behauptete, daß Licht die Quelle aller Erkenntnis ist. Bevor
wir zur astrophysikalischen Anwendung dieser korrekten Aussage kommen, sei hier ein Überblick
über Strahlung (quantenmechanisch: Photonen und ihre Erzeugung) vorangestellt.
An Strahlungsarten unterscheiden wir zwischen inkohärent und kohärent, thermisch und nicht thermisch,
relativistisch und nichtrelativistisch, Linien- und Kontinuumstrahlung. Im Labor gehört noch
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die Čerenkov-Strahlung dazu, die zum Nachweis relativistischer Energien wichtig ist
Ohne Quelle und die nur im Dielektrikum erzeugt werden kann. (Einmal erzeugt, verhält sie sich
keine Welle ! wie gewöhnliches Licht). Photonen sind Bosonen (mit Spin Eins und Masse Null). Sie
Eigenzitat
können beliebig erzeugt und vernichtet werden, was durch das relle Maxwell Feld be-
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schrieben wird (Teilchen sind gleich ihren Antiteilchen). Quantisiert ist ihr Drehimpuls
(Spin, in Einheiten von ¯h), was zu besonderen Auswahlregeln bei der Erzeugung führt (erlaubte
Übergänge haben ∆J = ±¯h). Die Quantisierung der Energie ist nur eine Folge der Spinquantisierung
über die Relation E = ¯hω.
Weit entfernt von der Quelle kann ein Photon durch eine ebene Welle dargestellt werden, die Information
über Multipolarität (bei der Erzeugung) und Drehimpuls geht lokal verloren. Da ein Photon
mindestens den Spin 1 besitzt, wirkt es bei der Absorption wie ein Teilchen (Photoeffekt, Auswahlregeln).
4.2.1 Strahlungserzeugung
Die Strahlungserzeugung ist einerseits ein Teilgebiet der Elektrodynamik, insofern daß elektromagnetische
Wellen durch die Maxwellsche Theorie korrekt beschrieben werden, andererseits aber der