Galaktische und Extragalaktische Physik - Kiepenheuer
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Galaktische und Extragalaktische Physik Galaktische und Extragalaktische Physik Oskar von der Lühe Wolfgang Dobler Fakultät für Physik Albert-Ludwig-Universität, Freiburg i. Br. Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik Freiburg i. Br. GEG_01_03.doc Seite 1-1 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik 1 Überblick 1.1 Hierarchien der Strukturen im Universum Objekte Kleine kondensierte Körper (Asteroiden, Planeten) Sterne Sternassoziationen und offene Sternhaufen Interstellares Medium Kugelsternhaufen Galaxie Galaxienhaufen Galaxien-Superhaufen Großräumige Strukturen RE: ME: 6 106 m 6 1024 kg RS: MS: Skalen (0.2 ... 11 ) RE (0.2 ... 3 ) RS ( 1 ... 10 ) pc ( 1 ... 200 ) pc 40 pc (100 ... 5 104) pc (106 ... 107 ) pc 5 107 pc (2 107 ... 108) pc 7 108 m 2 1030 kg pc: MG: Massen (10 ... 103 ) ME (0.08 ... 80 ) MS ( 102 ... 103 ) MS ( 10 ... 106) MS 105 MS Bis zu 1012 (1014) MS Typ. 1015 MS Typ. 1016 MS -3 3 1016 m 2 1011 MS = 4 1041 kg Thema dieser Vorlesung Thema von "Aufbau und Entwicklung der Sterne" GEG_01_03.doc Seite 1-2 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik 1.2 Heutiges Bild des großräumigen Universums 1.2.1 Milchstraße • Zentraler Kugelhaufen, r ~ 2 kpc • Scheibe, r ~ 15 kpc Stellare Komponente Interstellares Medium • Halo, r ~ 50 kpc Kugelsternhaufen Stellare Komponente Dunkle Materie GEG_01_03.doc Seite 1-3 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik 1.2.2 Galaxien Morphologie Elliptische Galaxien Hierarchie von Strukturen Gruppen - Haufen Spiralgalaxien - Superhaufen - großräumige Verteilung Einflüsse Lokale Entwicklung GEG_01_03.doc früher Kosmos Seite 1-4 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik Pleiaden (oben), M15 (rechts) GEG_01_03.doc Seite 1-5 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik Pferdekopfnebel (oben), Adlernebel (M16, re) GEG_01_03.doc Seite 1-6 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik Krebsnebel (o.), Eta Carina (re.) GEG_01_03.doc Seite 1-7 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik GEG_01_03.doc Seite 1-8 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik M100 GEG_01_03.doc Seite 1-9 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik Sombrero-Nebel GEG_01_03.doc Seite 1-10 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik GEG_01_03.doc Seite 1-11 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik GEG_01_03.doc Seite 1-12 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik GEG_01_03.doc Seite 1-13 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik GEG_01_03.doc Seite 1-14 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik 1.3 Entwicklung des Weltbildes im Großen 1.3.1 Struktur und Dynamik der Milchstraße Mitte 19. Jh Beginn 20. Jh. 1918 1926 1930 1952 Sterneichungen (Herschel) Milchstraße als Scheibe (Kapteyn) Cepheiden (δ Cep) als Standardkerzen zur Entfernungsbestimmung, Distanz zu Kugelsternhaufen (Shapley) Kinematik der Milchstraße, Gesamtmasse aus differentieller Rotation (Lindblad, Oort) Beobachtung der interstellare Absorption (Trumpler) Neueichung der Entfernungsskala durch δ Cep - und W Vir - Sterne (Baade) 1.3.2 Sterne, Interstellares Medium und chemische Evolution 1926 1927 1938 1939 1944 1949 1951 1970 GEG_01_03.doc Vorhersage, Theorie des interstellaren Mediums (Eddington) Galaktische Nebel (Zanstra, Bowen) CNO (Bethe-Weizsäcker) - Zyklus, thermonukleare reaktionen als Energielieferant der Sterne Galaktische Meterwellenstrahlung (Jansky), Beginn der Radioastronomie Ursache: galaktische Synchrotronstrahlung Masseabhängige Lebensdauer der Sterne (Unsöld) Sternentwicklung, HRD, Sternpopulationen Interstellare Polarisation, galaktisches Magnetfeld (10-13 T) 21-cm Hyperfeinübergang des atomaren H 2.6 mm - Linie des CO, kalte Molekülwolken Seite 1-15 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik 1.3.3 Extragalaktische Struktur und Entwicklung 1924 1929 1939 1957 1962 1965 1970 GEG_01_03.doc Entfernung zu M31 aus Cepheiden (Hubble) Kosmologiosche Rotverschiebung, Hubble-Gesetz, Beginn der Kosmologie, Weltalter τ0 ≈ 1010 Jahre Urknalltheorie (Lemaitre, Gamov) Kosmische Nukleosynthese (Burbidge, Fowler, Hoyle) Quasare (M. Schmidt) 3k - Hintergrundstrahlung (Penzias, Wilson) "Dunkler Halo" aus Rotationsgesetzen von Spiralgalaxien Seite 1-16 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik Inhalt der Vorlesung 1. Überblick 2. Physik der Milchstraße 2.1 Aufbau und Kinematik des Sternsystems 2.2 Interstellares Medium 3. Dynamik von Galaxien 3.1 Gravitationspotential 3.2 Dichtewellen, Warps und Balken 4. Extreme Physik in Galaxien 4.1 Das Zentrum der Milchstraße 4.2 Aktive Galaxien und Quasare 5. Großräumige Struktur des Kosmos 5.1 Beobachtungsbefunde 5.2 Modelle der Strukturbildung Literatur Unsöld, Baschek: Scheffler, Elsässer: Mihalas, Binney: Binney, Tremaine: Peterson: GEG_01_03.doc Der neue Kosmos (6. Auflage, Kap. IV) Bau und Physik der Galaxis Galactic Astronomy Galactic Dynamics Active Galactic Nuclei Seite 1-17 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik GEG_01_03.doc Seite 1-18 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik Die Milchstraße in verschiedenen Spektralbereichen 408 MHz 1.4 GHz 115 GHz 12, 60, 100 µm 2.5 µm 0.6 µm 1 keV 100 MeV GEG_01_03.doc Seite 1-19 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik Spektralbereich Radiokontinuum ν = 408 MHz λ = 740 mm 21-cm Linie ν = 1.4 GHz λ = 210 mm 115 GHz – Linie ν = 115 GHz λ = 2.6 mm Thermisches Infrarot ν = 3 - 25 THz λ = 12, 60, 100 µm Nahes Infrarot ν = 120 THz λ = 2.5 µm Optisch ν = 120 THz λ = 0.6 µm Röntgen EPh = 1 keV λ = 1.4 nm Gamma EPh = 100 MeV λ = 14 fm GEG_01_03.doc Strahlungsquellen Heißes Gas, Streuung freier Elektronen, Synchrotronstrahlung Atomarer Wasserstoff (Hyperfeinstruktur) Normales interstellares Medium, Gas Molekularer Wasserstoff, (J = 1-0 Übergang von CO als tracer) Kühles interstellares Medium Thermische Strahlung warmer interstellare Materie, Sternentstehungsgebiete, Staub Kühle Sterne mit geringer Masse Insterstellare Materie ist transparent bei diesen Wellenlängen Sterne Insterstellare Materie als Dunkelwolken Heißes, durch Schockwellen aufgeheiztes Gas Insterstellare Materie als Dunkelwolken Kollision kosmischer Strahlung an Protonen Supernova-Reste Seite 1-20 22.10.03 Galaktische und Extragalaktische Physik GEG_01_03.doc Seite 1-21 22.10.03
