Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

230 KAPITEL 4. THERMODYNAMIK: TEMPERATUR
• Der stärkste OH Maser, die Quelle IRAS 20100 − 4156, hat eine kosmologische Fluchtgeschwindigkeit
von 38650 km s −1 (Rotverschiebung z = 0.129). Bei einer Flussdichte von
200 mJy entspricht das einer (isotropen) Leuchtkraft von L = 10 4 L⊙ in einer Linie der
Dopplerbreite 1500 km s −1 ! Die Gesamt IR-Leuchtkraft beträgt L = 3 · 10 12 L⊙.
2. Breitband Kontinuum:
Die extremsten Leuchtkräfte von einigen 1000 Jansky werden bei Pulsaren an einzelnen Pulsen,
den sog. giant pulses, beobachtet. Der Mechanismus, mit dem Pulsare (galaktisch und mittlerweile
auch extragalaktisch in LMC und SMC) ihre kohärente, gepulste Strahlung erzeugen, ist nicht
bekannt. Interferenz an der ionisierten Komponente der ISM kann zu zeitabhängiger Verstärkung
und Abschwächung (bis zum völligen Verschwinden) führen. Typische Daten (Medianwert der
Verteilung) für einen Pulsar sind:
• Periode P = 0.6 s, Alter 30 Myr, Masse M = 1.38M⊙,
• Leuchtkraft (unter Annahme eines konischen Strahlungskegels) L = 4 · 10 27 erg s −1 oder
L = 10 −6 L⊙,
• Entfernung 3 kpc.
• Der dazu gehörende Medianwert der Fluß Verteilung beträgt 60 mJy.
• ANMERKUNG (ANWENDUNG: UNSER ZEITSTANDARD)
Es ist instruktiv, diese Daten mit denen, die im Labor erreichbar sind, zu vergleichen.
Maser Linien Strahlung wurden erstmals im Labor erzeugt (von Gordon, Zeiger und Townes 1954) und bereits ein Jahr
später wurden Maser als Frequenzstandard vorgeschlagen (von denselben Autoren, 1955). Mittlerweile liefern sie auch den
Zeitstandard.
Breitband Maser (wie bei Pulsaren) gibt es bis heute nicht im Labor.
4.2.2 Klassische Dispersionstheorie
Um die Frage zu beantworten, was an Strahlung beim Beobachter (außerhalb der Erdatmosphäre) ankommt,
müßen wir verstehen, wie Photonen mit der interstellaren Materie wechselwirken. Wir unterteilen
das Problem in zwei unabhängige Aspekte; einen astrophysikalisch - phänomenologischen
(Säulendichte, Emissionsmass) und einen atomaren (Absortion, Emission). Wir beginnen mit dem atomaren.
Dabei ist das Modell der Materie so einfach wie möglich. Die Behandlung ist rein klassisch, wie sie
erstmals in der Lorentzschen Elektronentheorie gegeben wurde. So wird ein Plasma einfach durch freie
Elektronen mit der Teilchendichte ne approximiert. Die mindestens 1880 mal schwereren Ionen bleiben
in dieser Näherung einfach liegen und liefern den für die Ladungsneutralität des gesamten Plasmas
notwendigen Hintergrund. Ein an ein Atom gebundenes Elektron wird durch einen gedämpften, harmonischen
Oszillator angenähert. In dem Problem treten die folgenden physikalischen Größen auf:
1. der E-Vektor � Eω der Welle in Richtung �ex (die Ausbreitungsrichtung ist �ez), die Kreisfrequenz
der Welle, ω und ihre Amplitude, Eo
�Eω = aω�ex ; aω = Eoe −iω(t−kz)
2. die Kreisfrequenz des Atoms (harmonischer Oszillator), ωo und die Dämpfungskonstante γ. Für
einen gedämpften Oszillator gilt dann für die Amplitude
δxe = xoe −γt/2 e −iωt
(4.56)
In der Lorentzschen Elektronentheorie betrachtet man nur Strahlungsrückwirkung als Dämpfungsmechanism
was für die Linien ein Lorentz Profil liefert. Die Dämpfungskonstante γ ist dann nach Glchg.
(4.88) gegeben, das Profil durch Glchg. (4.89) (s. u.).