Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

62 KAPITEL 1. GEOMETRIE
1.3.5 Infrarot Astronomie
Meilenstein der Infrarot Astronomie war IRAS, der Infrared Astronomical Satellite, eine holländischenglisch-amerikanische
Kollaboration für den IR Messbereich [100 µm bis 10 µm].
Bereits bei der ersten Eichmessung (Januar 1983) an Wega (ein A0 V Hauptreihenstern in 8 pc Entfernung
mit einem Alter von 1 Gyr) wurde eine Staubscheibe (gedeutet als Planetensystem bei der
Bildung) entdeckt.
• BEISPIEL (NEUE TYPEN VON IR QUELLEN)
Viele Entdeckungen, die (seit 1984) im IRAS Survey katalogisiert wurden, sind noch nicht mit anderen Objekten identifiziert.
Unter den 600 Tausend Quellen des IRAS Katalogs befinden sich über 20 Tausend neue (d. h. vorher nicht bekannte)
IR Galaxien. Diese werden klassifiziert in
1. Hyper Luminous IR Galaxy, HyLIG, falls LIR > 10 13 L⊙,
2. Ultra Luminous IR Galaxy, ULIG, falls LIR > 10 12 L⊙,
3. Luminous IR Galaxy, LIG, falls LIR > 10 11 L⊙, ferner
4. normale (Sb bis Sd Galaxien, median LIR/Lopt = 0.4) bis
5. schwache (elliptische Galaxien, LIR/Lopt < 0.1) IR Quellen sonst.
Die klassischen Starburst-Galaxien M82 (LIR = 10 10.3 L⊙) und NGC 253 (LIR = 10 10.8 L⊙, D = 3 Mpc, mV = 8.04)
haben etwa LIR/Lopt 3 und 5.
Hyligs sind selten (5 Objekte im ersten IRAS survey), z. B. IRAS 15307+3252 und IRAS 10214+4724;
ULIGs sind etwa so häufig wie optische Quasare, z. B. Arp 220 und NGC 6240;
LIGs sind so häufig wie Seyfert Galaxien, z. B. Mrk 231 und IRAS 13224 − 3809, die wir schon kennengelernt haben.
Neun IR Quellen haben LIR/Lopt > 50 und sind bis heute nicht identifiziert.
Ref.: [SM96], Sanders, D. B. and Mirabel, I. F., Luminous infrared galaxies, Ann.Rev.A.A. Vol34, (1996), 749
Zu den bemerkenswertesten Entdeckungen von IRAS gehören die Megamaser und Gravitationslinsen
mit CO in kosmologischer Entfernung.
• ZUSATZ (MASER UND MEGAMASER)
Das Molekül OH hat zwei starke Maserlinien bei den Frequenzen 1665 und 1667 MHz (mit ∆F = 0 und zwei schwache
bei 1612 und 1720 MHz mit ∆F = ±1). Es handelt sich um die Hyperfeinaufspaltung eines l = 18 cm Übergangs (Λ
Verdopplung des 2 Π 3/2 Grundzustands). Die stärksten Quellen mit Linienstrahlung sind die sog. Megamaser. Die (isotrope)
Leuchtkraft in extra galaktischen Quellen kann L = 10 4 L⊙ erreichen. Das ist etwa 1 Million mal die Leuchtkraft
galaktischer Quellen: deshalb der Name Megamaser. Der erste Hydroxyl Megamaser wurde 1982 in der Galaxie Arp 220
gefunden (Baan, Wood und Haschick).
Mehr als 20 Mega-Maser hat man mittlerweile in Galaxien mit starkem IR Exzess gefunden.
Bei dem Objekt III Zw 35 konnte mithilfe der OH Maserlinie ein Kerngebiet von nur 15 pc Radius aufgelöst werden.
Interpretiert man die Linienbreite als Rotation, dann beträgt die dynamische Masse M = 1 · 10 9 M⊙. Die Entfernung
beträgt bei z = 0.03 etwa 170 Mpc und vrot = 450 km s −1 .
Ein Beispiel für einen H2O Maser in kosmologisch interessanter Entfernung ist IRAS 22265-1826 mit z = 0.025 (entspr
D = 150 Mpc bei h = 0.5 nach der Formel D = 6(2h) −1 z Gpc) und einer Leuchtkraft von L = 6 · 10 3 L⊙.
Der H2O Maser in M106 (NGC4258) erlaubt eine rein geometrische Bestimmung aller relevanten Größen, wie der Entfernung
zum Zentrum, D = 7.2 Mpc, dem Inklinationswinkel i = 82 Grad und der Zentrumsmasse,
MZentrum = 3.9 · 10 7 M⊙
�
D sin(i)
7.2Mpc sin(82)
�2 Der stärkste OH Maser, 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⊙.
• ZUSATZ (GRAVITATIONSLINSEN)
Vollkommen unerwartet war 1991 Entdeckung einer Protogalaxie, Quelle F10214+4724 im IRAS Katalog, mit einer Rotverschiebung
von z = 2.286. Gesehen wird hier der CO(3 → 2) Rotationsübergang, welcher von λr = 850µm nach λ = 3
mm verschoben ist. Mittlerweile gibt es eine ganze Reihe von Kandidaten und drei weitere Quellen mit CO: das Kleeblatt
(s.u.), MG0414 + 0534 mit z = 2.64 und der Linsenbogen BR1202 − 0725 mit z = 4.69.