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Das Interstellare Medium (ISM) Christian Pasold 27.11.2007 Interstellares Medium - Christian Pasold 1 Gliederung 1. 2. 3. 4. 27.11.2007 Bedeutung Vorgänge und Kreisläufe Gasarten Interstellarer Staub Interstellares Medium - Christian Pasold 2 1. Bedeutung • Medium zwischen den Sternen • Ort der Sternentstehung • Rückgabe eines großen Teiles der Masse am Ende des Sternlebens Krebsnebel Überrest einer Supernovaexplosion aus dem Jahr 1054 27.11.2007 Interstellares Medium - Christian Pasold 3 1. Bedeutung • kleiner Prozentsatz der Masse einer Galaxie • massereichsten Objekte in der Milchstraße: Große Molekülwolken • extreme Bedingungen (aus irdischer Sicht) • ideales Labor für Atom- und Molekülphysik 27.11.2007 Interstellares Medium - Christian Pasold 4 2. Vorgänge und Kreisläufe • Aufheizen (durch Sterne) bis auf 10⁴ K • Abkühlung auf ca. 3 K ohne Energiezufuhr Verdichtung • Bildung von Molekülen (z.B. Oxide, irdische Mineralien …) • turbulente Bewegung durch Sternwinde und Supernovaexplosionen Gleichgewicht zwischen Energieabgabe und stellarer Energiezufuhr 27.11.2007 Interstellares Medium - Christian Pasold 5 2.1 Anreicherung mit schweren Elementen • Stoßwellen durch Supernovaexplosionen Gas wird auf über 10⁶ K geheizt • Moleküle dissoziieren • Übergabe von schweren Elementen an das ISM • ISM wird immer reicher an Metallen Elementhäufigkeit ist Maß für Entwicklungsalter • Kühlen wird erleichtert 27.11.2007 Interstellares Medium - Christian Pasold 6 2.2 Galaktische Fontäne • Gas (ionisiert) wird aus der Scheibe in den Halo geschleudert • gravitative Bindung • Abkühlung und Rekombination • neutrale Wolken fallen zurück in die galaktische Scheibe • Durchmischen und Homogenisieren des Gases Galaxie NGC 4631 aufgenommen mit dem Chandra Satellit. Mit der Farbe blau ist die Strahlung des Röntgenbereichs gezeigt und mit rot die Intensität im sichtbaren. 27.11.2007 Interstellares Medium - Christian Pasold 7 Kreisläufe Physikalischer Kreislauf: Kühlung und Verdichtung Molekülbildung Aufwärmung, Dissoziation und Ionisation Räumlicher Kreislauf: Strömung aus der Scheibe in den Halo und zurück Materieller Kreislauf: Sternentwicklung aus den Gaswolken Rückgabe der Materie an das ISM 27.11.2007 Interstellares Medium - Christian Pasold 8 3.1 neutraler, atomarer Wasserstoff (HI) • • • • • 27.11.2007 unregelmäßige Form Temperaturen von ca. 30-80K 1-100 Sonnenmassen typische Dichte von 100-800 Atomen pro cm³ keine Emission im UV- oder VIS-Bereich Interstellares Medium - Christian Pasold 9 3.1 neutraler, atomarer Wasserstoff 27.11.2007 Interstellares Medium - Christian Pasold 10 3.2 Ionisierter Wasserstoff (HII) • • • • • 27.11.2007 entsteht in der Nähe von O und B Sternen senden UV-Strahlung mit λ=91,2 nm aus Wasserstoff wird vollständig ionisiert Gas wird um den Stern herum ionisiert bis Gleichgewicht zwischen Ionisationsund Rekombinationsrate erreicht Interstellares Medium - Christian Pasold 11 3.3 Molekularer Wasserstoff • entsteht aus atomaren Wasserstoff an der Oberfläche von Staubteilchen • Wolken meist von atomaren Wasserstoff umgeben (Schutz vor Aufspaltung durch UV-Strahlung) • auch in großen Molekülwolken vorhanden • kein direkter Nachweis möglich • indirekt über CO, CH, OH,… • charakteristische Emission z.B. CO λ=2,6mm Pferdekopfnebel im Sternbild Orion 27.11.2007 Interstellares Medium - Christian Pasold 12 3.4 Riesenmolekülwolken • typische Temperaturen von ~20K • Gesamtmassen von bis zu 10⁶ Sonnenmassen massereichsten Objekte in der Galaxie • Dichte von 100-300 Molekülen pro cm³ • Durchmesser von 50 pc • befinden sich in Spiralarmen der Galaxie Orionnebel am Rande einer solchen GMC 27.11.2007 Interstellares Medium - Christian Pasold 13 3.4 Riesenmolekülwolken • darin enthalten sind wesentlich dichtere Gebiete • mit 10⁷-10⁹ Molekülen pro cm³ • 10-1000 Sonnenmassen • 0,05-1 pc Durchmesser • Temperaturen von 100-200 K 27.11.2007 Interstellares Medium - Christian Pasold 14 3.5 Globule • • • • • • • 27.11.2007 kugelförmig sehr kleine, dichte Molekülewolken Durchmesser von ~1pc Temperaturen von ~10K Dichte größer als 10⁴ Molekülen pro cm³ 1-1000 Sonnenmassen besitzen jungen Stern im Zentrum Interstellares Medium - Christian Pasold 15 4. Interstellarer Staub • 1% der Masse des ISM • winzige Körnchen (ca. 100nm) • Hauptbestandteile: Kohlenstoff und Silikate 27.11.2007 Interstellares Medium - Christian Pasold 16 4. Interstellarer Staub • transparent für IR-Strahlung • Emission mit λ = 50-100 μm ab ~40K • Streuung bes. im VIS-Bereich Interstellare Rötung Orionnebel 27.11.2007 Interstellares Medium - Christian Pasold 17 Quellen • • • • http://www.astro.uni-bonn.de/~deboer/pdm/pdmismtxt.html http://casswww.ucsd.edu/puplic/tutorial/ISM.html http://de.arxiv.org/pdf/astro-ph/0106359 Carrel & Ostlie: „Modern Astrophysics“ 27.11.2007 Interstellares Medium - Christian Pasold 18
