Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

Für den Astronomen ist es allerdings dann oft noch der Normalfall, daß er Dinge beobachtet, die zum
Zeitpunkt der Erstbeobachtung noch nicht verstanden sind.
• ZUSATZ (KLASSISCH UNLÖSBARE FÄLLE)
Bekannte Fälle, wo die Erklärung nicht möglich war, da die notwendige Physik noch nicht existierte, sind die folgenden
astronomischen Objekte:
1. Sterne
Kernfusion anstatt Kelvi-Helmholtz Schrumpfen,
2. Weiße Zwerge
Paulischer Entartungsdruck der Elektronen anstatt klassischer – Eddingtonscher – Thermodynamik,
3. Neutronensterne
Paulischer Entartungsdruck der Neutronen.
Ein auch nach mehr als 30jähriger Beobachtung aktuelles Beispiel aus der Kosmologie sind die Quasare.
Dieses Acronym (von H.Y. Chiu) steht für quasi stellar radio source und bezeichnet ein sternartiges
Objekt, d. h. eine Quelle, die zur Zeit ihrer Entdeckung auch mit dem damals besten Teleskop nicht
aufgelöst werden konnte.
• ZUSATZ (PARADIGMA QUASARE: EMPIRIE UND THEORIE)
Zwei wichtige Fragen sind mittlerweile geklärt: die der Identität und die der Entfernung.
1. Identität
Es ist gelungen, die Aussenbereiche bei einigen starken Quellen in Sterne aufzulösen. Es handelt sich bei Quasaren
demnach um die leuchtstarken Kerne von Galaxien.
2. Entfernung
Es ist klar geworden, daß Quasare wirklich so weit weg sind, wie immer angenommen wurde und wie ihre Rotverschiebung
erwarten läßt. Einige von ihnen sind nämlich Quelle einer Gravitationslinse (in bekannter Entfernung),
d. h. sie liegen hinter der Linse und erscheinen mehrfach bei gleicher Rotverschiebung.
Was nicht klar ist, ob die heutige Physik bereits ausreicht, die Quasare zu erklären. Die Strahlung ist nichtthermisch und hat
ihr Maximum im Gamma Bereich, die Energie ɛ = hν der Photonen beträgt einige MeV. Das Standardmodell nimmt an,
daß es sich bei einem Quasar um ein akkretierendes, massives Schwarzes Loch handelt. Was akkretiert wird, Sterne oder
Gas, ist nicht klar.
Mit der kosmologischen Entfernung ergibt sich zunächst folgendes Energie Problem. Ein Stern wie die Sonne hat in etwa
3 Kiloparsec (10 22 cm) Entfernung die gleiche scheinbare Leuchtkraft wie ein typischer Quasar in einer Entfernung von
etwa 3 Giga Parsec (10 28 cm), nämlich mV = 18. Das liefert für die wahren (optischen) Leuchtkräfte LQuasar = 10 12 L⊙.
Zum Vergleich: die Milchstraße und die Andromeda Galaxie (M31) haben eine wahre Leuchtkraft von etwa
L∗ = 2.5 · 10 10 L⊙ = 10 44
erg s −1
und die leuchstärksten Ereignisse, die wir aus unserer Nachbarschaft aus Beobachtung kennen, sind Supernova Explosionen,
mit etwa LSupernova = 10 9 L⊙ (im Maximum von L). Der Quasar 3C 273 hat die (bolometrische) Gesamt-Leuchtkraft
L ≈ 10 3 L∗ und die stärksten Quellen erreichen ein dex mehr, L ≈ 10 4 L∗.
Darüber hinaus ist von einigen Quasaren beobachtet (die extremsten Fälle von dem Quasar 3C 279 finden sich auf historischen
Aufnahmen aus den Jahren 1937 und 1943 des Harvard College Observatory), daß sie ihre Leuchtkraft kurzzeitig
(innerhalb von Monaten) um einen Faktor bis zu 25 erhöhen können (und damit fast LQuasar = 10 14 L⊙ erreichen).
Zwischen dem Minimum der Leuchtkraft von Lmin = 40 · L∗ und dem Maximum von Lmax = 1 · 10 4 L∗ beim Quasar 3C
279 liegen nur zwei Jahre. Demnach müßten in zwei Jahren etwa eintausend Supernovae explodiert sein, um die Leuchtkraftänderung
zu erklären. Um das Zeitintervall einzuhalten, müßen diese in einem Radius (vom Zentrum) von weniger als
1 pc stattfinden.
Neben diesem Problem, welches auf einer reinen Energiebetrachtung beruht, ist in neuerer Zeit eine zweite Schwierigkeit
aufgetaucht. Aus spektroskopischen Beobachtungen folgt, daß auch bei den ältesten Quasaren (also denen mit der größten
Rotverschiebung z) bereits alle schweren Elemente (mit Sonnenhäufigkeit) bis zu Fe und sogar Moleküle vorhanden sind.
Da Fe nur in Supernovae erzeugt werden kann, muß die eigentliche Phase der Supernovae bereits vorbei sein. Tatsächlich
stimmt das Spektrum der Supernovae mit denen der Quasare nicht überein, das Maximum der Leuchtkraft liegt bei Quasaren
im MeV Bereich, bei den Supernovae im optischen und bei ihren Überresten im Röntgen Bereich.
Damit sind die rein astronomischen Beobachtungsmöglichkeiten ausgeschöpft. Jetzt hilft empirisch nur noch die Statistik
weiter. Ein Katalog mit allen beobachtbaren Eigenschaften wird anlegt. Mittlerweile sind es mehr als zehn Tausend Objekte
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