Kleines Lehrbuch der Astronomie und Astrophysik - Astronomie.de

Astronomie im kurzwelligen Spektralbereich
Der Temperaturbereich der kosmischen Gammastrahlung liegt dabei in einem Wertebereich, der bis
auf wenige Ausnahmen (z.B. bei Supernovaexplosionen) einen thermischen Ursprung sehr
unwahrscheinlich werden läßt. Es existieren aber durchaus einige nichtthermische Strahlungsmechanismen,
welche die Erzeugung extrem kurzwelliger Gammastrahlung ermöglichen.
Bei hohen Energien ist die der Wellenlänge λ entsprechende Photonenenergie i.d.R. aussagekräftiger.
Drückt man die Photonenenergie entsprechend der bekannten Beziehung E = hν
in [eV] aus, dann
kann (1.35) folgendermaßen geschrieben werden:
6
Eγ λ = 1.24⋅ 10
[1.36]
−19
wobei 1 eV = 1.
602⋅
10 J ist.
Der Zusammenhang mit der Temperatur T läßt sich dann leicht über das Stefan-Boltzmann‘sche
Gesetz herstellen:
E σ T
4
= [1.37]
Es folgt durch Integration aus (1.34), wobei die Strahlungskonstante σ die Zusammenfassung einiger
universeller Konstanten ist:
2π
k
σ
15c
h
5 4
= 2
−8 −2 −4
= 5.67⋅ 10 W m K
3
[1.38]
Kurzwellige Strahlung ist in der Astronomie nicht immer thermische Strahlung. Häufiger beobachtet
man eine Strahlung, die als magnetische Bremsstrahlung oder Synchrotronstrahlung bekannt ist. Ihr
Charakteristikum ist ihre fast 100% lineare Polarisation und das sie im gesamten elektromagnetischen
Spektralbereich – von der kurzwelligen Gammastrahlung bis hin zur langwelligen Radiostrahlung – zu
beobachten ist. Sie ist an die Existenz von Magnetfeldern gebunden.
Sie entsteht, wenn sich Elektronen (andere geladene Teilchen sind bei astronomischen
Strahlungsprozessen zu vernachlässigen) schraubenförmig entlang von Magnetfeldlinien bewegen. Im
nichtrelativistischen Fall gilt z.B. für die Bewegungsgleichung einer Ladung mit der Geschwindigkeit
v in einem homogenen Magnetfeld B folgende Beziehung (Lorentz-Kraft):
F = q v× B [1.39]
Dabei stellt die magnetische Kraft F für die Ladung q eine Zentralkraft dar, wenn sie sich antiparallel
zum Magnetfeld bewegt. Es genügt für die folgende Argumentation, wenn nur die
Geschwindigkeitskomponente senkrecht zum Magnetfeld B berücksichtigt wird. Die Komponente
parallel zu B liefert im Kreuzprodukt (1.43) keinen Beitrag, so daß man skalar
� = �� �� [1.40]
schreiben und die Kraft der Zentrifugalkraft gleichsetzen kann:
�� � �
� = �� ��
51
γ