¨UA Extragalaktik

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ÜA Extragalaktik
V7: Eigenschaften normaler Galaxien
Gravitativer Mikrolinsen-Effekt
Aufgabe 11
Im Rahmen einer systematischen Suche nach Novae in M31 (Diplomarbeit Martin Henze, Leipzig 2006) fiel der Nova-Kandidat Sharov 21 1 auf. Er war 1992
als ein Stern in M31 entdeckt worden, der plötzlich sehr viel heller wurde bis
zu einer scheinbaren Maximalhelligkeit im B-Band B = 17.2 und danach wieder
zu seinem Grundzustand B ≈ 20.5 zurückkehrte. Die Gesamtdauer der deutlichen Helligkeitszunahme2 betrug etwa 500 Tage. Die Lichtkurve erscheint insgesamt ungewöhnlich für eine Nova. Ein 2008 aufgenommenes Spektrum (im
Grundzustand) zeigte, dass es sich um einen Quasar handelt, der durch die
Scheibe von M31 hindurchscheint, eine gewisse Kuriosität, aber eigentlich nicht
ungewöhnlich3. Die Entfernung des Quasars ist um Größenordnungen größer als
die von M31 (DM31 ≈ 0.75 Mpc).
Schwer zu verstehen ist die enorme Helligkeitsänderung. Zwar sind Quasare
generell variabel (siehe Vorlesung Kap. 6), aber eine so starke Fluktuation ist
für diesen Quasartyp (radio-leise) noch nie beobachtet worden und auch nicht
leicht zu erklären, da sie der Freisetzung einer ungeheuer großen Energiemenge
entspricht.
M31 bewegt sich mit der Lokalen Gruppe relativ zum extragalaktischen Hintergrund. Dem entspricht eine Transversalgeschwindigkeit v ≈ 300 km s−1 der
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Nr. 21 in der Liste von Nova-Kandidaten von Sharov et al.
Präzise: der Zeitraum, in dem die Quelle um 0.25 mag heller war als im Grundzustand.
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Es ist dies in der Tat der einzige bekannte Quasar hinter M31, was aber nur daran liegt, dass die anderen
schwer zu entdecken sind.
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Galaxie relativ zum Quasar. Eine mögliche Erklärung des Ausbruchs der scheinbaren Helligkeit von Sharov 21 könnte also sein, dass sich ein Stern der AndromedaGalaxie sehr nahe an der Sichtlinie zum Quasar vorbei bewegt hat und dabei
über den Mikro-Gravitationslinseneffekt dessen Helligkeit verstärkt hat. Um
diese Hypothese zu überprüfen, sollen Sie
(a) die Masse m∗ des Sterns und
(b) die Wahrscheinlichkeit für ein solches Ereignis abschätzen.
Für Aufgabe (b) können Sie davon ausgehen, dass die geschätzte Zahl der
ähnlichen Quasare hinter M31 etwa 30 beträgt und die Beobachtungen einen
Zeitraum von 30 Jahren überdecken. Die mittlere Flächendichte (d.h. integriert
entlang der Sichtlinie) der Sterne in M31 können wir zu etwa 300 m⊙ pc−2 ansetzen und aus Einfachheitsgründen nehmen wir an, dass alle Sterne die gleiche
Masse m∗ haben.
Figure 1: Der Quasar (eingekreistes Objekt im Bild oben links) erscheint als schwaches
Lichtpünktchen, das auf den Himmelsaufnahmen nicht von der riesigen Anzahl der Sterne der
Andromedagalaxie (rechts) zu unterscheiden ist. (Quelle: TLS Tautenburg)
Hinweise:
- Bestimmen Sie zunächst den Impaktparameter umin aus der Verstärkung.
- Leiten Sie den Zusammenhang ab zwischen umin , der Zeitdauer ∆tV der Verstärkung
(= Zeitdauer, in der sich die Quelle hinter dem Einstein-Ring der Linse befindet)
und der Zeit tE , in der sich die Linse um die Strecke ihres Einstein-Radius R0
relativ zur Quelle bewegt.
- Aus tE können Sie leicht den Radius R0 des Einstein-Rings berechnen.
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