Sterne und Weltraum W DE. Walter de Gruyter Berlin-New York Herausgeber Wilhelm Raith

Transkript

1 Sterne und Weltraum Herausgeber Wilhelm Raith Autoren Hans Joachim Blome, Johannes Feitzinger, Josef Hoell, Wolfgang Priester, Helmut Scheffler, Fridtjof Speer W DE G Walter de Gruyter Berlin-New York 1997

2 Inhalt 1 Extraterrestrische Observatorien 1 Fridtjof A.Speer 1.1 Einleitung Das Hubble-Teleskop Der Primärspiegel Das Stabilisierungssystem Die Instrumente Der optische Fehler Space Telescope Science Institute Das Compton-Observatorium Observatorien im Röntgenbereich Das Einstein-Observatorium Das große Röntgen-Observatorium AXAF Observatorien im infraroten Spektralbereich Infrared Astronomical Satellite Space Infrared Telescope Facility Observatorien der Zukunft Fundamentale Fragen der Astrophysik 52 2 Sterne und interstellare Materie 59 Helmut Scheffler 2.1 Einleitung Die Sternform der Materie Die Sonne, der nächste Stern Radius, Masse, Rotation Die Strahlung der Sonne Leuchtkraft und effektive Temperatur Fraunhofer-Linien und qualitative Analyse Phänomene der Sonnenatmosphäre Feinstruktur der Photosphäre Chromosphäre und Korona, Sonnenwind Solare Radiofrequenzstrahlung Sonnenaktivität und Magnetfelder Zustandsgrößen der Sterne Spektren und Spektralklassifikation Strahlungsstrom, Radius und effektive Temperatur Sternhelligkeiten und Leuchtkräfte 86

3 X Inhalt Das Hertzsprung-Russell-Diagramm Sternmassen, Masse-Leuchtkraft-Beziehung, Rotation Physik der Sternatmosphären Quantitative Analyse von Sternspektren Modelle von Sternatmosphären Halbempirisches Modell der Sonnenatmosphäre Konvektionszone und Heizung der Sonnenkorona Innerer Aufbau und Entwicklung der Sterne Der Gleichgewichtszustand eines Sternes Energiequellen und Energiegleichgewicht Sternmodelle und Sternentwicklung Späte Entwicklungsphasen und Endstadien Veränderliche Sterne und andere Sondertypen Pulsierende Veränderliche Kataklysmische Veränderliche Supernovae und ihre Überreste Of-Sterne, Wolf-Rayet-Sterne und Planetarische Nebel Sterne in frühen Entwicklungsphasen Interstellare Materie Interstellarer Staub Interstellare Extinktion Streulicht und Wärmestrahlung von den Staubteilchen Interstellare Polarisation und galaktisches Magnetfeld Diffuse Wolken interstellaren Gases Interstellare Absorptionslinien in Sternspektren Die 21 cm-linie des atomaren Wasserstoffs Modell des allgemein verbreiteten Mediums Kontinuierliche Radiofrequenzstrahlung und hochenergetische Teilchen HII-Regionen Diffuse Emissionsnebel Interpretation der optischen Beobachtungen Radioemission von HII-Regionen ; Molekülwolken und Sternentstehung Interstellare Moleküle Zustand der Molekülwolken Sternentstehung Ausblick Galaxien 173 Johannes V. Feitzinger 3.1 Galaxien und Astrophysik Grundparameter der Galaxien Galaxienkataloge und Auswahleffekte Klassifikation der Galaxien Normale Galaxien Zwerggalaxien Wechselwirkende Galaxien Dynamische Reibung und verschmelzende Galaxien Sondertypen 190

4 Inhalt XI 3.3 Der Aufbau der Galaxien Galaxiendurchmesser und Elliptizität Farben und Leuchtkräfte Interstellare Materie Massen Sternpopulationen Die physikalische Bedeutung der Galaxienklassifikation Dynamik von Galaxien Einfache Potentiale und Kraftgesetze Sternbahnen Elliptische Systeme Balkenstrukturen Scheibengalaxien Dunkle Materie Strukturbildung in Galaxien Energiegleichgewichte Spiralstruktur Dichtewellentheorie Stochastische Sternentstehung und Spiralstruktur Stern- und Gasdynamik in Balkensystemen Chemische Entwicklung in Galaxien Magnetfelder in Galaxien Entfernungsbestimmung von Galaxien Die weite und die kurze kosmische Entfernungsskala Die Hubble-Konstante Aktive Galaxien und Quasare Typenbeschreibungen und verallgemeinerte Klassifikation Jets Ursachen der Aktivität: Die zentrale Maschine Gravitationslinsen Galaxien als Bausteine des Kosmos Morphologische Eigenschaften der Galaxienhaufen Dichteprofil, Größe, Masse Kühlströme Superhaufen und Leerräume Die Stetigkeit der kosmischen Expansion 30] 4 Kosmologie 311 Hans Joachim Blome, Josef Hoell, Wolf gang Priester 4.1 Einleitung Beobachtungsergebnisse Die Hubble-Beziehung Die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung Die Dichte der leuchtenden Materie Die heutige mittlere baryonische Dichte Das Alter der Galaxis Die großräumige Struktur des Universums 330

5 4.3 Kosmologische Modelle Grundbegriffe der relativistischen Kosmologie Grundannahmen kosmologischer Modelle Die Grundgleichungen Der Strahlungskosmos Der Materiekosmos Das Standardmodell (A = 0) Friedmann-Lemaitre-Modelle Entfernungen im Kosmos Beobachtungsrelationen Die m(z)-relation Die a(z)-relation Zählungen Klassifizierung der kosmologischen Modelle Entwicklungsweg der kosmologischen Modelle Quasar-Spektren als Test für kosmologische Modelle Das Alter der Quasare Grenzen und Probleme der Kosmologie Anfangssingularität des kosmologischen Modells Kausalität und Horizonte im expandierenden Kosmos Isotropie und Mikrowellen-Hintergrundstrahlung Homogenität und Entstehung der Galaxien Zur euklidischen Metrik des Weltraums Das Materie-Antimaterie-Problem Die kosmologische Konstante und das Quantenvakuum Elementarteilchen und ihre Wechselwirkung im Kosmos Modell der kosmischen Entwicklung Quantenkosmos zur Planck-Zeit Inflationäre Expansion Der Zerfall des X-Bosons und das Problem der Antimaterie Hadronenära Leptonenära Elementsynthese im frühen Kosmos Rekombination des Plasmauniversums Galaxienentstehung Anthropisches Prinzip Alternative Lösungen zur Urknallsingularität Das Problem der kosmischen Singularität Big Bounce. Die de-sitter-lösung als Modell für den frühen Kosmos Quantenkosmologie 420 Bildanhang 429 Zahlenwerte und Tabellen 437 Register 443