Beitrag zur Astrospektroskopie 8.7 - UrsusMajor

Beitrag zur Spektroskopie für Amateurastronomen 97
22.7 Linienemission durch Stossanregung
Trifft ein Elektron das Ion nicht zentral, kommt es zu keiner Rekombination,
sondern zur viel häufigeren Stossanregung. Ist die
Stossenergie ≥ , wird ein internes Elektron kurzzeitig auf ein
höheres Niveau angehoben. Es wird bei Erlaubten Übergängen
umgehend wieder auf einen tiefer liegenden Term zurückfallen
und dabei, entsprechend der Energiedifferenz, ein Photon mit
der diskreten Frequenz abstrahlen.
Anmerkung: Ähnlich verläuft dieser Prozess in Leuchtstoffröhren
mit niedrigem Gasdruck. Dort erreichen die Elektronen durch die
n=1
angelegte Spannung Energien von mehreren Elektronenvolt [eV]
und regen Quecksilberatome zur UV Strahlung an. In dichten
Gasen, erfolgt die Anregung hauptsächlich durch Stösse zwischen
den thermisch angeregten Atomen oder Molekülen.
Stossanregung
22.8 Linienemission durch Erlaubte Übergänge nach Direktabsorption
In H II Regionen haben Emissionsnebel mit Zentralsternen
der frühen O-Klasse (z.B. M42, O6) Strömgrensphären mit
Durchmessern von mehreren Lichtjahren, wodurch das Strahlungsfeld
der zentralen Sterngiganten extrem „verdünnt“
wird. So wird speziell in den Aussenbezirken des Nebels die
Wahrscheinlichkeit extrem klein, dass die Energie eines Photons
z.B. exakt zum Anregungsniveau eines Wasserstoffatoms
passt. Von der Direktabsorption eines Photons kann
hier deshalb kein nennenswerter Beitrag an die Linienemission
erwartet werden [222]. Der Strahlungsschwerpunkt der
Photonen liegt zudem im UV Bereich. Dadurch werden viele
Atome sofort ionisiert, sobald die Energie der auftreffenden
Photon
Photon
Photonen oberhalb ihrer Ionisationsgrenze liegt. Eine nennenswerte Linienemission ist
deshalb bei Erlaubten Übergängen nur über den Rekombinationsprozess möglich. Wasser-
stoff und Helium, die Hauptakteure der Erlaubten Übergänge, erscheinen im Spektrum nur
deshalb so intensiv, weil sie um mehrere Grössenordnungen häufiger vorkommen als die
restlichen Elemente im Nebel. Die Häufigkeit eines spezifischen Elektronenübergangs bestimmt
auch die relative Intensität der entsprechenden Spektrallinie.
22.9 Linienemission durch Verbotene Übergänge
ΔE n
Elektron
Direktanregung
Emissionsnebel enthalten verschiedene Sorten von Metallionen, die meisten mit mehreren
Valenzelektronen auf der Aussenschale. Dies verursacht elektrische und magnetische
Wechselwirkungen, und vervielfacht die möglichen Energiezustände. Die Term Schemas
(oder Grotrian Diagramme) werden dadurch extrem komplex und enthalten auch sog. „Verbotene
Übergänge“ (Kap. 12). Für diese herrschen in den extrem dünnen Nebeln ideale
Voraussetzungen, weil hier die fragilen, von mehreren Sekunden bis zu Duzenden von Minuten
dauernden, metastabilen Zustände nur selten vorzeitig durch Stösse beendet werden
[222].
Zuerst müssen aber die Metallatome auf die entsprechende Stufe ionisiert werden. Dies
erfordert hochenergetische UV Photonen. Die entsprechenden Energien [eV, λ] sind in der
folgenden Tabelle im Vergleich zu Wasserstoff und Helium aufgeführt. Je höher die erforderliche
Ionisationsenergie, desto dichter am Stern liegt der Erzeugungsschwerpunkt der
Ionensorte, was als „Stratifikation“ bezeichnet wird [10], [201].
Photon