Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

256 KAPITEL 4. THERMODYNAMIK: TEMPERATUR
Observatorien und Teleskope geordnet nach Frequenz
Frequenzbereich Detektor Beispiel Wellenbereich
Radio Radioteleskop VLA [m . . . mm]
Infrarot Infrared Astr. Satellite IRAS [100 µm . . . 1 µm]
optisch und UV Hubble Space Teleskop HST [4000 ˚A . . . 7000 ˚A]
Röntgen Röntgen Satellit ROSAT [0.1 keV . . . 10 keV]
γ Compton Teleskop COMPTEL [0.1 MeV . . . 10 MeV]
Tab. 4.5: Teleskope geordnet nach Frequenz
Dazu kommen noch die Observatorien für die Hochenergiekomponenten.
• ZUSATZ (DIE PHOTONENKOMPONENTE DER KOSMISCHEN STRAHLUNG: VHE UND UHE PHOTONEN)
Die dritte Komponente der kosmischen Strahlung (neben Baryonen und Leptonen) sind die Photonen jenseits von 1 TeV,
mit einer Energiedichte von dex(−3) = ein Promille der Gesamtstrahlung.
Der Nachweis von VHE Photonen unterscheidet im Prinzip sich nicht von dem anderer kosmischer Teilchen. Photonen
verhalten sich bei sehr hohen Energien wie Teilchen. Bestimmt
werden der Fluß der Sekundärteilchen und die Ausdehnung (die Fläche)
eines Luftschauers. Auf das Problem, herauszufinden, welcher Art das
Primärteilchen war, gehen wir hier nicht ein.
Einige bekannte Observatorien für so hohe Energien sind in der nebenstehenden
Tabelle aufgeführt. Typische Werte sind
1 [Schauer m −2 sr −1 yr −1 ].
Der Nachweis geht über die Müonen (oder Cerenkovstrahlung), in den
Elektronen steckt der Hauptteil der Energie. Die Sekundärteilchen haben
bei Ankunft auf dem Erdboden eine Energie von 1 GeV. Daraus läßt sich
die Primärenergie bestimmen. Das Schauer Maximum wird erreicht beim
Durchdringen einer Säulendichte von 520 g cm −2 , danach nimmt die An-
Observatorien von VHE Photonen
Name Land Fläche h
km 2 m
Volcano Ranch USA 8 km 2 1800
Haverah Park UK 11 km 2 0
Chacaltaya IND 30 km 2 5200
Sydney Array AUS 34 km 2 0
Tab. 4.6: VHE Photonen
zahl der Sekundärteilchen wieder ab. Es ist demnach günsig, diese Observatorien auf hohen Bergen zu plazieren.
Die höchsten UHE Energien reichen (beim Krebs Pulsar) bis 10 16 eV. Ein solches Photon erzeugt einige 10 6 Sekundärteilchen.
Wir wollen zunächst einige typische Größenordnungen für die Leuchtkraft L von Galaxien und Quasaren
betrachten. Als natürliche Einheit benutzen wir vorläufig die Leuchtkraft der Sonne, L⊙ = 3.9·1033 erg s−1 . .
Zur Erinnerung:
Die Leuchtkraft der Milchstrasse beträgt etwa
LMW G = 2.5 · 10 10L⊙ = 1044 erg s−1 .
Bei den Radio Galaxien ist beim ersten Eintrag die Strahlung
des Kerns gemeint, nimmt man die Ausflüsse (die
Ohren) mit dazu, dann ergibt sich die zweite Angabe. Bei
Quasaren beträgt also im Radio Bereich die Strahlung aus
dem Kern 106L⊙, aus den Ohren bis zu 1011 Leuchtkraft Vergleich geordnet nach Frequenz
Bereich Quasare [L⊙] Galaxien [L⊙]
Radio (10
L⊙ und mehr.
6 . . . 1011 ) (1 . . . 104 )
IR bis 1013 bis 1013 optisch bis 1014 (1010 . . . 1011 )
Röntgen bis 10 15 (10 8 . . . 10 9 )
• FORMELN (TEMPERATUR)
Tab. 4.7: Leuchtkraft Vergleich
Ein einfaches Rezept zur Bestimmung der Temperatur eines Gases oder Plasmas ist die Umrechnung mithilfe des Energiesatzes
E = hν = kBT = Q (4.220)
Die Einheit von erg ist cm 2 g s −2 , ferner ist
h = 6.62619 · 10 −27 erg das Plancksche Wirkungsquantum