Astronomie II (online-kurs)

KAPITEL 4. STERNSYSTEME 37
das Zentrum der Galaxis ab.
M87 ist z.B. eine solche Galaxis. Detaillierte Untersuchungen des Zentrums von M87 zeigen heißes Gas
(rund 10.000 K), dass mit Geschwindigkeiten von 550 km/s um das Zentrum rotiert. Die abgeschätzte
akkretierende Masse in einem Raumbereich von der Größe unseres Sonnensystems liegt bei 3 Milliarden
Sonnenmassen. Es wird gemeinhin angenommen, dass es sich bei einem derart massiven Objekt
um ein Schwarzes Loch handelt.
Das man zwei spektroskopisch verschiedene Typen von aktiven Galaxien findet, wird damit erklärt,
dass je nach Lage der Akkretionsscheibe sekundär erzeugte Maserstrahlung beobachtet wird.
Beobachtungen der Galaxie NGC4258 unterstreichen die Annahme eines schwarzen Loches.
Dunkle Materie Es gibt zahlreiche Hinweise, dass wir bislang den größten Anteil der Masse in
einer Galaxie nicht beobachtet haben. Die drei wichtigsten Hinweise sind:
• die flache Rotationskurve vieler Spiralgalaxien. Obwohl die beobachtete Materieverteilung
in den Spiralarmen nach außen abnimmt, ist die Winkelgeschwindigkeit nahezu konstant.
• Geschwindigkeiten von Galaxien in Galaxienhaufen. Die gemessenen Geschwindigkeiten
von Galaxien in Galaxienhaufen sind teilweise erheblich zu groß, wenn man nur die Gravitation
der beobachteten Massen zugrundelegt. Selbst bei großzügiger Abschätzung der Masse des
intergalaktischen meßbaren Gases fehlt ein beträchtlicher Teil der Masse.
• heißes Gas in Galaxienhaufen. Man beobachtet räumlich fixierte heiße Gaswolken. Die nötige
Masse der Galaxis ist deutlich größer als die sichtbare Masse.
Der erste Punkt soll hier etwas eingehender behandelt werden. Im folgenden Diagramm ist die Rotationskurve
der Galaxie NGC3198 zu sehen. Es ist die Rotationsgeschwindigkeit als Funktion des
Abstands vom galaktischen Zentrum angegeben. Insbesondere zeigt sich, dass die Rotationsgeschwindigkeit
nach außen nicht abnimmt, sondern annähernd konstant ist. Geht man nun von der Beziehung
v 2 = G · M(r)
r
der klassischen Mechanik aus, wobei v die Rotationsgeschwindigkeit, M(r) die innerhalb des Radius r
eingeschlossene Masse und G die Gravitationkonstante ist, so muss die eingeschlossene Masse proportional
zum Abstand sein. Insbesondere beobachtet man bei NGC3198, dass die sichtbare Masse nach
außen abnimmt. Mit Hilfe der obigen Formel kann die Gesamtmasse von NGC3198 (genauer: die in
einem Radius von 30 kpc eingeschlossene Masse) berechnet werden. Benutzt man
so erhält man
r = 30kpc = 925.2 × 10 15 km,
(
v 2 = 150 km ) 2
= 22500 km2
s s 2 ,
G = 6.67 × 10 −11 m 3
km3
= 6.67 × 10−20
kg s2 kg s 2,
M = v2 r
G = 3.12 × 1041 kg = 1.6 × 10 11 M ⊙ .
Dieser Wert ist rund 5 mal größer als die aufgrund der leuchtenden Masse abgeschätzte Gesamtmasse.
Kandidaten für die dunkle Materie sind: