Astronomie II (online-kurs)

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KAPITEL 4. STERNSYSTEME 38 • baryonischer Natur MAssive Compact Halo Objects (MACHOs) – rote Zwerge, braune Zwerge • nicht-baryonischer Natur: – Neutrinos mit endlicher Masse – exotische Elementarteilchen: Weak Interacting Massive Particles (WIMPs) Photino, Neutralino , etc. Es wurde in letzter Zeit von Mikrolinseneffekten berichtet, die auf die Existenz von MACHOs hindeuten. Der wesentliche Anteil der dunklen Materie ist jedoch nicht-baryonischer Natur, wenn die Modelle zur Nukleosynthese im Urknall richtig sind. Aus der Dopplerverschiebung kann die Geschwindigkeit der Gaswolke entlang der Sichtlinie bestimmt werden. Aus langwierigen Messungen der Eigenbewegung kann die Transversalgeschwindigkeit gemessen werden. Mit Hilfe der in der nebenstehenden Abbildung angedeuteten Geometrie läßt sich dann die Rotationsgeschwindigkeit eines Objektes im Abstand R vom galaktischen Zentrum bestimmen. Die Rotationskurve der Milchstraße Wie wiegt man die Milchstraße ? Aus der klassischen Mechanik ist für die Rotationsgeschwindigkeit die folgende Gleichung bekannt, die aus dem Gleichgewicht zwischen Zentrifugalkraft und Gravitationskraft folgt v 2 = G M(r) . r Da die Rotationskurve einen nahezu konstanten Verlauf für große Abstände zeigt, muss die Masse proportional mit dem Abstand wachsen! Dies widerspricht der Beobachtung der Verteilung der leuchtenden Masse! Man betrachte nun die Rotationskurve für die Sonne r = 8.5 kpc = 261.8 × 10 15 km , v 2 = (220 km/s) 2 = 48400 km/s 2 , G = 6.67 × 10 −11 m 3 km3 = 6.67 × 10−20 kg s2 kg s 2 . Dann erhält man für die eingeschlossene Masse:
KAPITEL 4. STERNSYSTEME 39 M(r) = v2 r G , = 1.9 × 10 41 kg, = 9.6 × 10 10 M ⊙ . Führt man eine derartige Betrachtung für die Galaxis als ganzes durch, so stellt man fest, dass die aus der Rotationskurve bestimmte Masse rund doppelt so groß ist, wie die sichtbare Masse. → Problem der dunklen Materie! 4.1.4.2 Galaxiencluster und Eigenbewegung Galaxien sind nach unserem heutigen Kenntnisstand nicht gleichförmig im Weltall verteilt, sondern häufen sich in sogenannten Galaxienclustern. Unsere eigene Milchstraße ist Teil der sogenannten lokalen Gruppe, zu der auch der Andromedanebel gehört. Die Erforschung der direkten Umgebung der Milchstraße ist dadurch erschwert, dass im optischen Bereich rund 15% des Himmels von der Milchstraße selbst verdeckt werden. Erst die Benutzung von kohärent arbeitenden Radioteleskopen (Very Large Array) hat in den letzten Jahren zur Aufklärung der näheren Umgebung der Milchstraße beigetragen. Insbesondere wurde im letzten Jahr eine Zwerggalaxie entdeckt, die der Milchstraße so nah ist, dass sie durch diese zerissen wird. Der große Attraktor Ein Studium der Eigenbewegung (Bewegung der Galaxien zusätzlich zur Expansion des Universums) unserer Galaxis und ihrer Nachbargalaxien zeigt, dass sich die Milchstraße in Richtung auf den Andromedanebel bewegt, die lokale Gruppe als ganzes sich auf den Virgo-Haufen zubewegt, und beide sich in Richtung des Hydra-Centaurus-Superhaufens bewegen. Man findet sogar weiter, dass sich auch dieser Haufen noch auf eine uns bislang unsichtbare sehr große Massenkonzentration zubewegt, der man den Namen ” Großer Attraktor“ gegeben hat. Die folgende Skizze verdeutlicht diese Situation. 4.2 Extragalaktische Objekte 4.2.1 Aktive Galaxien (Seyfart, BL Lac, Radio, Quasare) Aktive Galaxien besitzen einen Strahlungsausstoß in der Größenordnung von ≥ 10 37 W (etwa 100 mal soviel wie ” normale “ Galaxien). Diese Strahlung ist nicht-thermischer Natur und besitzt daher nicht, wie die meisten Sterne, ein Planck-Spektrum. Dagegen sind starke Emissionslinien und/oder Synchrotronstrahlung (Bremsstrahlung) charakteristisch. Aktive Galaxien unterliegen starken Strahlungsschwankungen, die schon über einen Beobachtungszeitraum von 15 Minuten sichtbar werden können. An einem Tag kann die Strahlungsveränderung 10-30 % betragen und über das gesamte Jahr liegt sie bei einem Faktor 100. Innerhalb dieser Galaxien gibt es kleine aktive Regionen in der Größenordnung von einigen Lichtjahren. 4.2.1.1 Seyfert-Galaxien Etwa 1% aller Galaxien sind Seyfert-Galaxien. Sie besitzen ein sehr helles Zentrum und sind meistens von Spiralarmen umgeben.
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