Bau und Physik der Galaxis

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1 Bau und Physik der Galaxis von Prof. Dr. Helmut Scheffler Landessternwarte Heidelberg-Königsstuhl und Universität Heidelberg und Prof. Dr. Hans Elsässer Max-Planck-Institut für Astronomie Heidelberg und Universität Heidelberg 2., überarbeitete und erweiterte Auflage Wissenschaftsverlag Mannheim/Leipzig/Wien/ Zürich

2 Einleitender Überblick 13 I Positionen, Bewegungen und Entfernungen der Sterne Begriffe und Methoden 1 Örter und Bewegungen Astronomische Koordinatensysteme Zeitliche Änderungen der Sternkoordinaten Raumgeschwindigkeiten und Sonnenbewegung Das Fundamentale Astronomische Koordinatensystem Extragalaktisch verankertes Bezugssystem, Radioastrometrie 63 2 Entfernungen Primäre Methoden Sekundäre Methoden 76 II Aufbau und Kinematik des Sternsystems 1 Scheinbare Verteilung der Sterne Allgemeine Sternzählungen, integriertes Sternlicht Scheinbare Verteilung der einzelnen Sterntypen Verteilung der Flächenhelligkeit der Milchstraße im Sichtbaren und im Infrarot 88 2 Methoden der Stellarstatistik Verteilungsfunktionen, Dichteanalyse Darstellung der Geschwindigkeitsverteilung Methoden zur Ableitung der Leuchtkraftfunktion Das Sternfeld der Sonnenumgebung Leuchtkraftfunktion und räumliche Verteilung der Sterne Bewegungen der Sterne der Sonnenumgebung Großräumige Verteilung der Sterne OB-Sterne, junge offene Sternhaufen und OB-Assoziationen Kugelförmige Sternhaufen, RR Lyrae-Sterne und Cepheiden Sterne im galaktischen Halo, zentraler Bulge Modell der Galaxis und Sternzählungen Flächenhelligkeit in der Milchstraße und galaktische Struktur 160 9

3 5 Großräumige Bewegung der Sterne Scherung, Drehung und Dilatation des Geschwindigkeitsfeldes Rotation der galaktischen Scheibe Kinematik der sphäroidal verteilten Objekte Zusammenfassende Übersicht, Sternpopulationen Untersysteme Sternpopulationen und Entwicklung der Galaxis 178 III Interstellare Phänomene 1 Das allgemein verbreitete Medium Interstellare Extinktion Interstellare Polarisation Reflexionsnebel und Galaktisches Streulicht, thermische Staubemission Interstellare Absorptionslinien in Sternspektren Die 21 cm-radiolinie des interstellaren Wasserstoffs Linienemission interstellarer CO-Moleküle Kontinuierliche Radioemission Faradayrotation im interstellaren Magnetfeld und Dispersion der Strahlung diskreter Radioquellen Interstellares Strahlungsfeld, Röntgen- und Gammastrahlung, Kosmische Teilchenstrahlung Interstellare Wolken Diffuse Emissionsnebel: Optische Erscheinung Kontinuierliche Radioemission von HII-Regionen Radio-Rekombinationslinien von HII-Regionen Infrarotemission in den Bereichen von H II-Regionen Dunkelwolken: Optische Daten Dunkelwolken hoher Extinktion und IR-Quellen Molekülwolken Maser-Punktquellen Interstellare Wolken und Sternentstehung 284 IV Physik der interstellaren Materie 1 Strahlung im interstellaren Gas Strahlungstransport Linienemission und -absorption unter interstellaren Bedingungen Kontinuierliche Emission und Absorption

4 2 Zustand des interstellaren Gases Ionisation Bildung und Dissoziation interstellarer Moleküle Wärmehaushalt und kinetische Temperatur des Gases Zustand von Molekülwolken und HII-Regionen Elementhäufigkeiten im interstellaren Gas Die interstellaren Staubteilchen Optik kleiner fester Partikel Natur der interstellaren Staubteilchen Wechselwirkungen mit dem Strahlungsfeld, dem Gas und dem Magnetfeld Verteilung und Bewegung der interstellaren Materie Verteilung und Wolkenstruktur des Staubes Dichte und Wolkenstruktur des neutralen Wasserstoffs in der Sonnenumgebung Der neutrale Wasserstoff großräumig Großräumige Verteilung von HII-Regionen und Molekülwolken Das galaktische Zentralgebiet Galaktischer Gas-Halo 433 V Dynamik der Galaxis 1 Stellardynamik Problemstellung, Grundgleichungen Nahe Sternbegegnungen, Relaxation Stellardynamik unter Berücksichtigung von Stößen" Stoßfreie Dynamik des galaktischen Sternsystems Die Massenverteilung in der Galaxis Gravitative Theorie der Spiralstruktur Problemstellung und Überblick Spiralförmige Dichtewellen Dynamik des interstellaren Gases Problemstellung und Grundlagen Dynamisches Gleichgewicht des Gases Stoßfronten im interstellaren Gas Kondensation des Gases und galaktische Evolution

5 Anhang A: Grundformeln für die Transformation astronomischer Koordinaten 527 Anhang B: Energiezustände und Übergänge von Molekülen 530 Anhang C: Karten zur graphischen Ermittlung von genäherten galaktischen Koordinaten 536 Astronomische und physikalische Konstanten 538 Lateinische Sternbildnamen 540 Ergänzende und weiterführende Literatur 541 Quellen-Nachweis der Tabellen 557 Abbildungsnachweis 559 Sachregister