Das Interstellare Medium Der Stoff zwischen den Sternen
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- Christin Bach
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Transkript
1 Das Interstellare Medium Der Stoff zwischen den Sternen
2
3
4
5 Lord of the Rings
6
7 Sonne Roter Überriese
8 Nördliche Hemisphäre
9 Nördliche Hemisphäre Südliche Hemisphäre
10
11 Die 150 nächsten Sterne 60 Lichtjahre
12
13 NGC 4565
14
15
16
17 Der Pfeifenkopfnebel
18 Reflexionsnebel Plejaden Witchhead Nebula Zoom in die Plejaden
19 Sichtbares Licht
20
21 Erdatmosphäre 1cm 1cm cm
22 Interstellares Gas 1cm 1cm 1 1cm
23 Aufbau des ISM 70% der Materie ist H Der Rest ist größtenteils He 3 verschiedene Zustände von H: H H I H II 2
24 Die Milchstrasse
25 Relativistische Elektronen Die Milchstrasse
26 Neutrales Gas Die Milchstrasse
27 Kaltes Sterne bildendes Gas Die Milchstrasse
28 Staubkörner Die Milchstrasse
29 Die Milchstrasse Sterne
30 Die Milchstrasse Dunkle Staubfilamente
31 Die Milchstrasse Sterne und heißes Gas
32 Die Milchstrasse Zerfall von Pionen
33 Der atomare Wasserstoff und die 21 cm Linie Aufgrund der geringen Dichte im ISM haben die Teilchen eine große mittlere freie Weglänge: λ = n σ n / cm H c H 3 cm Stoßquerschnitt : σ 10 cm c 15 2
34 Die typische Geschwindigkeit v der Teilchen ist: 3 m v 2 H = k T B 2 T = 10 K v = 0.2 km / s 4 T = 10 K v = 7.6 km / s v v 200 km / s Da rot befindet sich HI in einer dünnen Scheibe in der Milchstraße. Die Stoßzeitskala: 1/ 2 1 1/ 2 λ 3mH 1 3 n H T c ( H c ) 3 v 2kBT cm K τ = = n σ = Jahre 3 Β ei T = 100 Κ und nh = 1cm findet 1 Stoß im Mittel alle 500 Jahren statt.
35 Kinetische Energie des HI-Atoms: T = 100 K J K Ekin = kbt = T = J 19 1eV = J Beim Stoß steht eine Energie von 0.01 ev zur Verfügung Die Anregungsenergie von H beträgt jedoch 10eV. Nahezu alle H-Atome sind im Grundzustand.
36 21 cm Srahlung wird erzeugt, wenn sich der Spin des Elektrons, relativ zum Proton im Atomkern umdreht (verbotene Hyperfeinstruktur) Emission p e p e Drehimpuls: F = 1 F = 0 Statistisches Gewicht: g = 3 g = 1 + γ 6 (6 10 ev) ν = (30) GHz λ = cm Verbotener Übergang: Lebensdauer des angeregten Zustands = 11 Million Jahre. Auf der Erde hat selbst das beste Vakuum Gasdichten, die so hoch sind, dass alle Atome durch Stöße abgeregt werden, bevor sie 21 cm Strahlung emittieren. Im ISM sind die Stoßzeitskalen jedoch lang genug, dass viele H Atome 21 cm Strahlung emittieren. Beachte: Obwohl das H-Atom im ISM sehr häufig ist führt die Tatsache, dass die 21 cm Emission nur selten stattfindet dazu, dass diese Linie optisch dünn bleibt.
37 Dame et al v r Dame et al galaktische Länge l
38
39 Zusammenfassung der Beobachtungen Das HI kommt in 2 Phasen vor: 50% warme Phase: 50% kalte Phase: T 8000 Κ n 0.25 cm 3 T 100 Κ n 25 cm 3 Warme und kalte HI-Strukturen sind häufig geklumpt Wolken Man findet auch HI bei großen gal. Breiten, das mit km/s in die Scheibe fällt: sog. high-velocity clouds.
40
41 Heizungs- und Kühlungsprozesse im ISM Heizung beginnt mit der Ablösung eines freien Elektrons von einem interstellaren Teilchen (z.b. Gasatom, Molekül oder Staubkorn) durch energiereiche Teilchen oder Photonen. Photon Elektron Thermalisierung durch elastische Stöße Thermalisierungszeitskala: τ 500 Jahre Heizrate: Γ n n n PE γ H H lineare Abhängigkeit n Staub n H
42 Kühlung erfolgt durch elastische Streuung zwischen einem leichten Teilchen (H,p,e,...) und einem schweren Teilchen geringere Geschwindigkeit nach dem Stoß Thermalisierung durch elastische Stöße Abstrahlung Kühlrate: Λ n n n 2 H C H
43 Kühlung erfolgt durch elastische Streuung zwischen einem leichten Teilchen (H,p,e,...) und einem schweren Teilchen geringere Geschwindigkeit nach dem Stoß Thermalisierung durch elastische Stöße Abstrahlung Heizungsrate: Kühlrate: Γ : Energiegewinn pro Volumen und Zeit Λ : Energieverlust pro Volumen und Zeit Thermisches Gleichgewicht: Γ = Λ
44 T = K 2 6 n cm 3
45 Die Kühlungsinstabilität Kühlrate: 2 Λ n H Heizrate: Γ n H
46 CO, 2.64 mm M 300 LJ M H 2 Infrarot CO
47 Das Orion-Sternentstehungsgebiet Orion Nebel
48 Sichtbar Infrarot 2.5 LJ
49
50 HST
51 Im Orion-Nebel
52 Radius: 1km Masse: 40,000 t
53
54 Radius : 0.1µ m
55 Radius : 0.1µ m Gravitationskraft: F GM R G 2 2 Druckkraft pro Volumen: F P R ρt R P 2 2 M T R
56
57 Der Adlernebel
58 Matthias Gritschneder
59
60 Die Supernova-Explosion von 1054 AD
61 Der chemische Zyklus Supernovae ISM, heiß und ionisiert Sternentstehung Kühlung und Kondensation in Molekülwolken Die Chemie des Menschen (H,C,N,O) entspricht den Abfallprodukten explodierender Sterne (Sternenstaub).
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