doc - Michael Kenn

Heuritsch Julia (0904211), Kenn Michael (8725258)
5.5.-12.5.10
Aufgabe 20
Die direkte Sonnenumgebung
Local Bubble
Die Lokale Blase (engl. local bubble), gelegentlich auch Lokales Volumen genannt, ist ein
weitgehend staubfreies Raumgebiet in der Umgebung der Sonne. Die interstellare Materie in
diesem Gebiet besteht aus zwei Komponenten, zum einen aus neutralem Wasserstoff mit einer
Dichte von 0,05 bis 0,07 Atomen pro Kubikzentimeter, zum anderen aus sehr heißem und
ionisierten Wasserstoffgas mit einer Dichte von 0,001 bis 0,005 Atomen pro Kubikzentimeter
und einer Temperatur von 1,4 Millionen Kelvin. Dieses ist verantwortlich für den größten Teil
der Röntgenhintergrundstrahlung.
Entstehung
Es wird vermutet, dass die Lokale Blase vor ein paar Millionen Jahren durch Supernovae
gebildet wurde.
Man schätzt, dass etwa 14 bis 20 Sterne explodiert sind, die zu einem sg. Bewegungshaufen
gehören. Das sind Sterne, die gemeinsam entstanden sind und sich nun in die gleiche
Richtung in der Milchstraße bewegen.
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Ab und zu explodiert einer davon. Man hat die Bahn der Bewegungsgruppe zurückverfolgt
(es handelt sich um die Scorpius-Centaurus Assoziation bzw. der Untergruppen Upper
Centaurus Lupus und Lower Centaurus Crux). Ziemlich genau vor 15 Millionen Jahren hat
die Gruppe das Gebiet erreicht, das heute die lokale Blase ausmacht. Man kann also davon
ausgehen, dass wir die Existenz der Blase tatsächlich diesen Sternen verdanken.
Struktur und Umgebung
Die Lokale Blase hat die Form einer Sanduhr – sie hat in der galaktischen Ebene einen
Durchmesser von mindestens 300 Lichtjahren und weitet sich mit zunehmendem Abstand auf.
Einige Untersuchungen legen zudem die Vermutung nahe, dass die Lokale Blase senkrecht
zur galaktischen Ebene keine Begrenzung hat, sondern offen ist.
In Richtung des Sonnenapex, der Bewegungsrichtung der Sonne, grenzt die Lokale Blase in
etwa 50 bis 130 Lichtjahren Entfernung an die Loop-I-Superblase, die durch Supernovae in
der Scorpius-Centaurus-Assoziation gebildet wurde. Zwischen Sonne und dieser Grenzregion
liegt der Local-Fluff-Komplex, bestehend aus einer Reihe schalenförmig angeordneter
Cloudlets, der durch die Kollision der beiden Blasen entstanden ist.
Innerhalb der Lokalen Blase befindet sich die Sonne, die sich in einer Region aufhält, die man
Lokale Flocke nennt. Diese weist eine größere Dichte an interstellarer Materie auf als die sie
umgebende Blase.
Local Chimney
Die Local Bubble ist Teil eines zylindrischen Hohlraums, der die Milchstraße durchbohrt,
genannt der "Local Chimney".
Astronomen gehen davon aus, dass energetische Supernova-Explosionen schnell
expandierende Bubbles, bestehend aus heißem Gas, das mit umliegendem kalten Gas des ISM
kollidiert, verursachen. Dieses wiederum wird zu dünnen Schalen komprimiert. Schließlich
treffen diese Schalen kalten Gases auf andere expandierende heiße Hohlräume und brechen
auf. Dabei formen sie schmale Tunnel/ Pfade zwischen den expandierenden Hohlräumen
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hindurch. Diese Tunnel werden „Heiße Kamine“ genannt. Sie verbinden das Gas aus der
galaktischen Scheibe mit dem aus dem Halo.
Galaktische Chimney’s wurden auch schon in anderen Galaxien vielfach beobachtet. Sie
werden für den Transport von dem heißen, ionisierten Gas, das einer Supernova-Explosion
entstammt, in den Halo verantwortlich gemacht. Dieser Transport wird „Galaktische
Fontaine“ genannt, während das Gas, das wieder zurück auf die galaktische Scheibe fällt, als
„Galaktischer Regen“ bezeichnet wird.
Astronomen, die nach Anzeichen heißen Gases im Local Chimney mit Hilfe des NASA
FUSE-Satelliten suchen, haben heißes Gas entdeckt, dass sich auf das Sonnensystem
zubewegt. Dieses Gas könnte Teil einer Fontaine sein, die auf die galaktische Ebene
zurückfällt.
Local Fluff – Lokale Flocke
Die Lokale Interstellare Wolke (englisch: „Local Fluff“ oder auch „Lokale Flocke“ genannt)
ist eine interstellare Wolke, die derzeit vom Sonnensystem durchwandert wird. Sie befindet
sich innerhalb der Local Bubble.
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Aufbau
Die Wolke hat einen Durchmesser von knapp 30 Lichtjahren. In ihr befinden sich
durchschnittlich 0,26 Atome pro Kubikzentimeter. Die Verteilung der Teilchen ist sehr
unregelmäßig, womit die Dichte stark variieren kann. Die Temperatur der Wolke selbst
beträgt etwa 6000 °C, also ist es im Vergleich nur etwas heißer als an der Oberfläche der
Sonne. Die Wolke entfernt sich derzeit von einer großen Gruppe von Sternen, der ScorpiusCentaurus-Assoziation. Neben der Sonne mit ihrem System sind weitere fünf Sterne von der
Wolke umgeben: Altair als Teil des Sternbildes Adler, die Wega aus der Leier, Arktur des
Bärenhüters, Fomalhaut vom Südlichen Fisch und Alpha Centauri des Zentauren. Diese
gehören mitunter zu den sonnennächsten Sternen.
Die Sonne in der Lokalen Flocke
Das Sonnensystem durchquert die Lokale Flocke seit ca. 150.000 Jahren und wird sie
voraussichtlich in 20.000 Jahren wieder ganz verlassen. Die Sonne schafft es durch ihr
magnetisches Feld und den Sonnenwind eine Heliosphäre zu erhalten, mit welcher sie den
Auswirkungen der Lokalen Flocke entgegenwirken kann.
Man geht jedoch davon aus, dass Strähnen des dichteren Gases aus dem Local Fluff schon
früher (vor ~33000 – 66000 Jahren) ins Sonnensystem geblasen sein könnten. Weiters
könnten solche Gas-Wolken den Sonnenwind in einem Ausmaß unterdrücken, so dass die
Sonne und das Leben auf der Erde davon beeinflusst werden könnten.
Im Moment verdrängt ein starker stellarer Wind der jungen OB-Assoziation in der NachbarBubble der Local-Bubble – genannt „Loop I Bubble“ den Local Fluff (mit einer
Geschwindigkeit von 20 km/s). Diese expandierende Bubble drückt jedoch auch andere GasWolken in Richtung Sonnensystem.
Gould’s Belt
Der Gould’s Belt ist eine großräumige Anordnung von jungen Sternen,
Sternentstehungsgebieten sowie HI-, HII- und Dunkelwolken. Die Struktur mit mehr als 2000
Lichtjahren Ausdehnung wurde benannt nach dem US-amerikanischen Astronomen Benjamin
Gould. Die Sonne befindet sich innerhalb des Gürtels (gehört jedoch nicht dazu), so dass der
Gürtel neben der Milchstraße die größte Ausdehnung eines Deep-Sky-Objekts am Himmel
aufweist.
Geometrie
Der Gould’s Belt hat eine annähernd elliptische Form mit Halbachsen von 354±5 und 232±5
pc (1154 und 756 Lj), einer Höhe von 60 pc (etwa 200 Lj) und einer Neigung von etwa 18 bis
21° gegen die Ebene der Milchstraße (die Angaben differieren für verschiedene
Bestimmungsmethoden). Das Zentrum des Gürtels liegt in der Perseus OB3 Gruppe, einem
Mitglied der Cassiopeia-Taurus-Assoziation. Die Position der Sonne liegt innerhalb des
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Gürtels etwa in der Mitte zwischen Per OB3 und der Sco OB2, einem Teil der ScorpiusCentaurus-Assoziation.
Der Gürtel expandiert und rotiert um sein Zentrum, so dass sich seine Exzentrizität durch die
differentielle galaktische Rotation erhöht, d.h. die große Halbachse wächst schneller als die
kleine Halbachse.
Entstehung und Entwicklung
Für das Alter der Struktur liefern dynamische Betrachtungen einen Wert von 20 bis 30
Millionen Jahren, während Altersbestimmungen der Sterne ein Alter von etwa 60 Millionen
Jahren liefern. Der Entstehungsprozess ist noch nicht verstanden, es werden mehrere
Szenarien diskutiert. Verschiedene Szenarien gehen davon aus, dass der Durchgang einer
Wolke mit hoher Geschwindigkeit durch die Milchstraßenebene eine erste Phase der
Sternentstehung ausgelöst hat, durch eine Reihe von Supernovae wurde dann der Gürtel
gebildet. Der beste Kandidat für dieses erste Sternentstehungsgebiet ist die etwa 35 Millionen
Jahre alte Perseus OB3 Gruppe. Weitere Modelle gehen unter anderem von der Expansion
einer Superblase aus, die neben dem Gould’s Belt auch als Vorläufer für die Pleiaden-Gruppe
und des Lokalen Arms angesehen wird.
Geschichte
John Herschel wies 1847 erstmals darauf hin, dass viele helle Sterne (vor allem die Sterne der
Scorpius-Centaurus-Assoziation) am Nachthimmel nicht entlang der Milchstraßenebene,
sondern auf einer etwas geneigten Linie ausgerichtet sind. 1874 untersuchte Benjamin Gould,
nach dem diese Struktur heute benannt ist, diese Verteilung näher und bestimmte erstmals die
Neigung des Gürtels gegenüber der Milchstraßenebene. In den 1960ern stellte Per Olof
Lindblad fest, dass die Außenseite des Gürtels von einem expandierenden HI-Ring umgeben
ist, in den 1980ern wurden auch viele Dunkelwolken dieser Struktur zugeordnet. 1974 wurde
erstmals die räumliche Ausdehnung der Struktur bestimmt.
Sternassoziationen
Sternassoziationen sind lose Ansammlungen einer bestimmten Art von Sternen. Die
Konzentration der Sterne dieser Art ist in einer Sternassoziation höher als in der Umgebung.
Diese Anhäufung von Sternen kann nur verhältnismäßig kurz zusammengehalten werden, da
die gravitativen Anziehungskräfte zwischen den Sternen nur schwach ist. Deshalb bestehen
Assoziationen hauptsächlich aus jungen Sternen, wie OB- oder T Tauri Sternen. OB- Sterne
sind Sterne die sich auf der Hauptreihe befinden, während sich die jüngeren T Tauri Sterne
gerade auf die Hauptreihe zu bewegen. Oft ist in der Nähe von Sternenassoziationen viel Gas,
Staub und Nebelemission zu finden.
Man kennt ungefähr 100 Sternassoziationen in der Milchstraße:
 lokale Ansammlungen von Sternen mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften
 am bekanntesten: O-Assoziationen
 enthalten bis zu einigen 100 Sternen
 räumliche Ausdehnung: 100-700 Lichtjahre
 nur in der Ebene unseres Milchstraßensystems
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 extrem junge kosmische Objekte, oft direkt
 Beispiele:
o Cassiopeia-Taurus-Assoziation
o Scorpius-Centaurus-Assoziation
o Lupus-Norma-Assoziation
o Auriga-Perseus-Assoziation
Quellen
http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/09/tiefseeastronomie.php
http://www.miqel.com/space_photos_maps/galactic_info/galactic-chimney-around-sun.html
http://www.solstation.com/x-objects/chimney.htm
http://de.wikipedia.org/wiki/Lokale_Blase
http://de.wikipedia.org/wiki/Lokale_Flocke
http://www.astro.physik.uni-goettingen.de/academics/f-praktikum/sternhaufen/anleitungsternhaufen.pdf
http://de.wikipedia.org/wiki/Gouldscher_G%C3%BCrtel
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