Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

wir sehen werden, sind Entfernungsbestimmungen kosmischer Objekte in unserer Galaxis und
darüber hinaus außerordentlich schwierig. Ihre Genauigkeit nimmt mit der Anzahl der Zwischenschritte
etwa exponentiell ab und so kann man heute nicht sagen, wie groß das beobachtbare
Universum ist, auch wenn optimistische Abschätzungen hier ’nur’ noch um einen Faktor 7/5 =
1.4 voneinander abweichen.
2. Masse
Die Bestimmung der Massen kosmischer Objekte geht mithilfe des Virialsatzes (erstmals für
Galaxien 1933 von Zwicky am Virgo-Galaxienhaufen durchgeführt)
2Ekin + Epot = 0 oder v 2 = GM
R
und ist meist noch ungenauer, da sie die Kenntnis der Entfernungen voraussetzt. Die Allgemeine
Relativitätstheorie liefert zwei bemerkenswerte Ausnahmen, welche ihre Genauigkeit nichtlinearen
Termen der Theorie verdanken. Es sind dies einerseits Doppelsterne und von diesen wieder
einige Binärpulsare, die mithilfe der Keplerschen Gesetze bzw. deren allgemein relativistischer
Version direkt gewogen werden können. Die relative und absolute Genauigkeit beträgt hier wenige
Promille und wächst mit der Zeitspanne der Beobachtung.
Andrerseits kann die Masse und evtl. die Entfernung (über die Laufzeitverzögerung von Explosionsereignissen)
von Gravitationslinsen geometrisch bestimmt werden.
Die Masse des beobachtbaren Universums ist unsicher, wobei die Unsicherheit nicht einmal
quantifiziert werden kann (Faktor 10?). Es ist möglich, daß 90% der gravitierenden Materie noch
unentdeckt sind.
3. Alter und Zeit
Ähnlich ungenau ist die Altersbestimmung kosmischer Objekte. Das Universum selbst ist seit
Hubbles ursprünglicher Bestimmung um etwa einen Faktor 10 älter geworden. Wie wir sehen
werden, gibt es 4 unabhängige Methoden, das Alter kosmischer Objekte und damit Grenzen für
das Weltalter zu bestimmen. Es ist befriedigend, daß, im Rahmen der Ungenauigkeiten, heute alle
Methoden übereinstimmende Ergebnisse liefern: das Weltalter beträgt etwa 12 bis 15 Milliarden
Jahre, vergleichbar mit den ältesten Sternhaufen unserer Galaxis und älter als das Sonnensystem
(4.5 Milliarden Jahre). Es gibt seitens der Beobachtung keine Objekte, die seitens der Theorie z.
B. 50 Milliarden Jahre alt sein sollten. Das ist keineswegs selbstverständlich.
4. Temperatur
Im Gegensatz zu Radius, Masse und Alter des beobachtbaren Universums ist seine Temperatur
sehr genau bestimmt. Das Universum ist im Grossen von einer thermischen Strahlung von
Planckschem Charakter und hoher Isotropie angefüllt. Die Geauigkeit der Realisierung und Bestimmung
(des Planckschen Charakters) übertrifft (dank COBE) die besten Labormessungen
und beträgt heute etwa 2.73 ◦ K. Die Temperaturbestimmungen bei Sternen und Wolken sind
wesentlich ungenauer und haben darüber hinaus manchmal nur formalen Charakter: die formale
Strahlungstemperatur ist nicht thermisch (und kann T ≈ 10 30 ◦ K bei Pulsaren erreichen) oder
sie ist sogar negativ (Maser und evtl. LASER).
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