Die Erforschung der Galaxien

Transkript

1 Hochschultext

2 Simon Mitton Die Erforschung der Galaxien Übersetzt von D. Schallwich und M. Reinhardt Mit 36 Abbildungen und 22 Tafeln Spri nger-verlag Berlin Heidelberg New York 1978

3 Dr. Si mon Mitton Institute of Astronomy, Madingley Road Cambridge CB3 OHA, Great Britain Übersetzer: Dipl.-Phys. Dietmar Schallwich Professor Dr. Michael Reinhardt Ruhr-Universität Bochum, Astronomisches Institut Universitätsstraße 150, 4630 Bochum-Querenburg Die englische Originalausgabe erschien 1976 unter dem Titel Exploring the Galaxies bei Faber and Faber Limited, London. by Simon Mitton, 1976 ISBN-13: : / e-isbn-13: CIP Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek. Mitton, Simon: Die Erforschung der Galaxien. - Berlin, Heidelberg, New York : Springer, (Hochschultext) Einheitssacht.: Exploring the galaxies < dt. > Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdruckes, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wieder' gabe auf photomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungs anlagen bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Bei Vervielfältigungen für gewerbliche Zwecke ist gemäß 54 UrhG eine Vergütung an den Verlag zu zahlen, deren Höhe mit dem Verlag zu vereinbaren ist. by Springer'Verlag Berlin Heidelberg Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buche berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen und Markenschutz Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Gesamtherstellung: Beltz Offsetdruck, 6944 Hemsbach 2153/

4 Vorwort Die Erforschung des Universums muß als eine der großen intellektuellen Leistungen unserer Zivilisation betrachtet werden. Astronomen können uns heute mittels großer, empfindlicher Teleskope in eine frühe Epoche in der Entwicklung des Universums zurückversetzen. Unser Wissen von den Maßen des Kosmos und von seinen Ursprüngen stammt größtenteils von Beobachtungen von Objekten jenseits der Milchstraße. Zu diesen Himmelskörpern gehören Quasare, Radiogalaxien und aktive Galaxien genauso tlie die normalen Spiral- und elliptischen Galaxien. Unser Verständnis vom extragalaktischen Universum ist stark gewachsen, seitdem Radio-, Infrarot- und Röntgenmessungen ziemlich leicht gemacht werden können. Die Erschließung dieser unsichtbaren Teile des Spektrums führte zu einem explosionsartigen Anwachsen der Forschungstätigkeit an extragalaktischen Objekten. In diesem Buch habe ich versucht, in nichttechnischer Sprache die grundlegenden Eigenschaften von Galaxien und die Hauptströmungen gegenwärtiger Forschung zu erläutern. Die zweite Hälfte des Buches befaßt sich mit einer Darstellung der hauptsächlichen Probleme extragalaktischer Forschung, denen sich der Berufsastronom gegenübergestellt sieht. Viele Kollegen unterstützten mich, als ich dieses Buch schrieb. Im besonderen danke ich Donald Lynden-Bell, Jacqueline Mitton, Patrick Moore, Martin Rees, John Shakeshaft und Peter Stubbs für ihr Interesse und ihren Ansporn, sowie den vielen Leuten, die Illustrationen bereitstellten. Eine ungeheure Menge an Schreibarbeit wurde fachkundig von Gertrude Pardoe bewältigt. Institute of Astronomy, Cambridge, England im Mai 1975 Simon Mitton

5 Vorwort der Übersetzer Die deutsche Fassung dieses Buches stellt eine wortgetreue übersetzung des englischen Originaltextes dar. Lediglich in Detailfragen wurde sie überarbeitet oder korrigiert, insbesondere wenn neuere Ergebnisse der Forschung dies notwendig erscheinen ließen. Dies betrifft vor allem die astronomische Entfernungsskala, die dem heute am weitesten akzeptierten Wert der Hubble-Konstante (H = 50 km s-l/mpc ) angepaßt und durch das ganze Buch hindurch vereinheitlicht wurde. Bochum im April 1978 Dietmar Schallwich Michael Reinhardt

6 Inhalt 1. Entdeckung der Galaxien 1.1 Erforschung des Uni vers ums Frühe Anfänge Di e Nebe Die Familie Herschel fängt mit dem Sterngucken an Kosmische Strudel Verstärkung für die Augen der Astronomen Vom Chaos zur Ordnung Extragalaktische Systematik Beobachtung des extragalaktischen Universums 2.1 El ektromagneti sche Strahl ung Opti sche Teleskope Radi ote 1 eskope Röntgenteleskope Spektroskopie Himmelsdurchmusterungen Entfernungen 3.1 Entfernungen zu den Sternen Die Sternstromparallaxenmethode Kerzen anstatt Lineal Standardkerzen in den Magellanschen Wolken Galaxienentfernungen aus veränderlichen und explodierenden Sternen Wasserstoffwolken als Kerzen Das ferne Universum Das Hubb 1 e-di agramm Sind die extragalaktischen Entfernungen zuverlässig? Untersuchungen an normalen Galaxien 4.1 Soziologie der Sterne Spektren und Zusanmensetzung der Sterne... 40

7 x 4.3 Morphologie der Galaxien Leuchtkräfte der Galaxien Das Wiegen der Galaxien Farben der Galaxien Galaxienspektren Das Innere der Galaxien 5.1 Der stellare Inhalt der Galaxien Gas und Staub Stätten der Sternentstehung Die Radioemission von Spiralgalaxien In welcher Art von Galaxis leben wir? Vergleich zwischen unserer Galaxis und den Magellanschen Wol ken Wechselwirkungen der Galaxien 6.1 Gruppen von Galaxien Ausreißende Galaxien brechen die Ketten Brücken und Schwänze zwi schen den Ga 1 axi en Explodierende Galaxien Die Energieerzeuger Die Kerne von Galaxien 7.1 Die Zentralgebiete von Galaxien Das Herz der Mil chstraße Die Kerne normaler Galaxien Seyfert-Galaxien Kerne als Kraftwerke der Galaxien Haufen von Galaxien 8.1 Familien und Hierarchien von Galaxien Unsere eigene Galaxienfamil ie Die nächsten großen Haufen Röntgens trah 1 en von Haufen Radiogalaxien 9. 1 Die Entdeckung ferner Radioquellen Optische Eigenschaften der Radiogalaxien Eigenschaften der Radioemission

8 XI 9.4 Der Aufbau der Radiogalaxien Einige gut untersuchte Radiogalaxien Radiowellen von Kaulquappengalaxien Probleme für die Modellmacher Quasistellare Objekte 10.1 Die Entdeckung der Quasare Beobachtungen der Radioemission von Quasaren Geheimni sse der Quasarrotverschi ebungen Quasare und die Expansion des Universums Was liegt zwischen den Galaxien? 11.1 Brauchen wir intergalaktische Materie? Eigenschaften des intergalaktischen Gases Die Jagd nach neutralem Gas Ein heißes intergalaktisches Medium Ist das Gas in der Nähe von Galaxienhaufen? Elektronen und Magnetfelder im intergalaktischen Raum Schnee, Sand, Ziegelsteine und Planeten? Irrlichter zur Schließung des Universums Absch 1 ießende Bemerkungen Das Energieproblem 12.1 Ärger mi t den Radi oga 1 axi en Konventionelle Energiequellen Schwarze Löcher und Weiße Löcher Die Zähmung der Energie Ursprung und Entwicklung der Galaxien 13.1 Der Anfang der Zei t Protogalaxien aus Störungen Entwicklung der Galaxien Spiral struktur Die Ziele zukünftiger Forschung Namen- und Sachverzei chni s Verzei chni s astronomi scher Objekte Tafeln nach Seite 114

9 Abbildungsnachweis Der Autor dankt den folgenden Kollegen und Instituten für die Bereitstellung der Abbil dungen. Abbildungen: 1, 2 und 3, Michael Hoskin; 13, nach einem Diagramm von A. Sandage; 14, H. L. Johnson und W. W. Morgan; 19, Barry Madore; 21, D. S. Mathewson und V. L. Ford (Royal Astronomical Society copyright); 23, D. S. t4athewson, M. N. Cleary und J. D. r lurray (University of Chicago Press copyright); 24, Eric Beckl in und Gerry Neugebauer (University of Chicago Press copyright); 25, Nicholas Scoville (University of Chicago Press copyright); 29, P. Hargrave und M. Ryle; 3D, Mullard Radio Astronomy Observatory; 31, Harry van der Laan; 32, M. Ryle und M. D. Windram; 34, Mullard Radio Astronomy Observatory. Tafeln: 1, Richard M. West, European Southern Observatory (ESO), Genf; 2, Dennis Downes, Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn; 3, Vincent Reddish, Royal Observatory, Edinburgh; 4, 5, Royal Astronomical Society; 6, Guy Pooley, University of Cambridge; 7, Royal Astronomical Society; 8, Hale Observatories; 9, Wallace Sargent, Hale Observatories; 10, Hale Observatories; 11, Hale Observatories; 12, Wallace Sargent, Hale Observatories; 13, Hale Observatories und Mullard Radio Astronomy Observatory; 14, Hale Observatories; 15, Hale Observatories; 16, Roger Lynds, Kitt Peak National Observatory; 17, Vincent Reddish und UK Science Research Council; 18, Harry van der Laan, Westerbork; 19, Sidney van den Bergh, David Dunlap Observatory, Toronto; 20, Harry van der Laan, Westerbork; 21, Alan Stockton, University of Hawaii; 22, Halton Arp, Hale Observatories.