Sexl Physik 8, Schulbuch

Wie Neutronensterne sind auch Schwarze Löcher sehr kleine Gebilde. Ein Schwar- zes Loch mit M = 10 M 8 hat einen Schwarzschildradius R S = 30 km . Wie kann man Schwarze Löcher sehen, wenn von ihnen keine Strahlung ausgeht? Möglich wird es, wenn ein Stern eines Doppelsternsystems ein Schwarzes Loch ist. Sein starkes Gravitationsfeld saugt Gas von der Oberfläche des Partners ab. Das Gas sammelt sich in einer Scheibe, um schließlich in das Schwarze Loch zu stür- zen. Dabei erreichen die Gasteilchen fast Lichtgeschwindigkeit und senden intensi- ve Röntgenstrahlung aus. Der erste Kandidat für ein Schwarzes Loch, Cygnus X-1 , wurde 1971 im Sternbild Schwan mittels des Satelliten Uhuru entdeckt und ist 6 500 Lj von der Erde entfernt. Cygnus X-1 ist eine starke Röntgenquelle mit einer Masse von etwa 15 M 8 und um- kreist in 5,6d einen blauen Riesen mit 20 M 8 . Seither wurden zahlreiche weitere Objekte entdeckt, die Eigenschaften Schwarzer Löcher zeigen. Ihre Massen reichen von 1,4 M 8 bis zu Milliarden M 8 in den Zentren von Galaxien. 3.3 Aufbau und Verteilung der Galaxien Die Sonne ist einer von rund 200 bis 300 Milliarden Sternen in unserer Galaxis , der Milchstraße, der auch alle Sterne angehören, die wir mit freiem Auge am Nachthimmel erblicken. Der Großteil der Sterne bildet eine flache Scheibe von 100 000 Lj Durchmesser, die in Spiralarme gegliedert ist, wobei die Sonne etwa 25 000 Lj vom galaktischen Zentrum entfernt ist (  87.2 ) und in etwa 230 Mio. Jah- ren das Zentrum einmal umläuft. Die Verteilung der Sterne ist sehr ungleichmä- ßig. In Sonnennähe beträgt der mittlere Sternabstand etwa 5 Lj . Daneben gibt es Ansammlungen mit höheren Sterndichten. In der galaktischen Scheibe finden sich offene Sternhaufen von etwa 20 Lj Durch- messer mit 100 bis 1 000 Sternen, die jünger als 1 Million Jahre sind. Sie sich entfer- nen von ihrem gemeinsamen Entstehungsort und voneinander, so dass sich diese Haufen auflösen. Außerhalb der galaktischen Ebene bewegen sich Kugelsternhaufen (Durchmesser etwa 30 Lj ) mit bis zu 1 Mio. alter Sterne um das Zentrum der Milchstraße. Diese Sterne enthalten mehr Helium und Wasserstoff und weniger von den schwereren Elementen als die Sonne, weshalb sie zu einer älteren Sterngeneration gehören als die Sonne. Ihr Alter wird auf über 12Mrd. Jahre geschätzt, sie sind fast so alt wie das Universum. Die Kugelsternhaufen kreuzen gelegentlich die galaktische Ebene, die aber so dünn mit Sternen besetzt ist, dass dies ohne Folgen bleibt (  87.3 ). Die nicht in Sternen gebundene Materie der Milchstraße ist als dünne Gas- und Staubscheibe in der galaktischen Ebene konzentriert. Im sichtbaren Teil des Spek- trums zeigt sich die interstellare Materie aus Gas- und Staubwolken oft als Nebel . Wird beispielsweise eine Gaswolke von einem hellen Stern aufgeheizt, so beginnt sie selbst zu strahlen (Emissionsnebel), oder sie reflektiert das Sternenlicht (Re- flexionsnebel). Aus den Spektrallinien erhält man Aufschluss über die Chemie im Weltraum. Neben atomarem und ionisiertem Wasserstoff wurden zahlreiche Mole- küle und Radikale gefunden, unter ihnen H 2 O , CN und sogar C 2 H 5 OH . 87.2 Gegenwärtige Vorstellung vom Aussehen unserer Milchstraße. In den Spiralarmen leuchten junge Sterne. 87.1 Mittels des Hubble-Teleskops konnte die Geschwindigkeit von Gas um das Zentrum der Galaxis M84 im Virgohaufen (50 Mio. Lj ent- fernt) gemessen werden. Oben: das Zentrum von M84, das gelbe Rechteck zeigt den unter- suchten Bereich. Unten: Die farbkodierte Ge- schwindigkeitsverteilung zeigt hohe Geschwin- digkeiten auf uns zu (blau) und von uns weg (rot). Im Abstand von 26 Lj vom Zentrum be- trägt die Rotationsgeschwindigkeit etwa 400 km/s. Dies lässt sich mit der Existenz eines supermassiven schwarzen Loches mit 300 Mil- lionen Sonnenmassen erklären. Kugelsternhaufen Position der Sonne offener Haufen ungefähre Halogrenze 87.3 Die Milchstraße bildet eine flache Scheibe von 50 000 Lj Radius und 3 000 Lj Dicke. Die jüngsten Sterne finden sich in den offenen Haufen in der galaktischen Ebene und in den Spiralarmen. Die ältesten Sterne sind in den Kugelsternhaufen im kugelförmigen Raum außerhalb der galaktischen Scheibe. Vom Zentrum geht intensive Röntgenstrahlung aus. 87 | AKTUELLE FORSCHUNG Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv