Sexl Physik 8, Schulbuch

Staubwolken machen nur etwa 1% der interstellaren Materie aus. Als Dunkelwol- ken verhindern sie oft den Blick auf dahinter liegende Sterne. Die scheinbar stern- freien Gebiete innerhalb unserer Galaxis sind durch solche Dunkelwolken zu er- klären. Im Zentrum der Milchstraße – ein Schwarzes Loch! Wegen der Staubscheibe ist das Zentrum der Milchstraße direkt nur schwer beob- achtbar. In ihm befindet sich eine sehr intensive Radioquelle. Die Sonne und ihre Nachbarn umkreisen das Zentrum mit einer Geschwindigkeit von v ≈ 200 km/s . Seit mit Weltraum-Teleskopen auch die Infrarotstrahlung registriert werden kann, kann man ins Zentrum der Milchstraße blicken. Die Bahnen von Sternen in der Nähe eines sehr kompakten Objekts konnten mehrere Jahre beobachtet werden (  88.1 ), die Sterne bewegen sich mit Geschwindigkeiten von etwa 1000 km/s . Das 3. Keplersche Gesetz führt auf eine zentrale Masse von rund 4,3 Mio. M 8 . Weitere Beobachtungen (z. B. Röntgenblitze, die auf das „Verschlucken“ von Kometen hin- weisen) berechtigen zur Annahme, dass sich im Zentrum der Milchstraße tatsäch- lich ein sehr massereiches Schwarzes Loch befindet. Wie konnten in Galaxienzentren solch riesige Schwarze Löcher entstehen? Eine Hypothese nimmt an, dass wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall sich bereits große Gaswolken bildeten, in denen erste Riesensterne mit hunderten M 8 nach kurzer Entwicklung zu massereichen Schwarzen Löchern kollabierten. Wie Staubsauger verschluckten sie weitere Materie und andere Schwarze Löcher, wo- durch sie schließlich ihre heutige Masse erhielten. Diese Hypothese wird durch die Existenz der Quasare gestützt. Quasare als aktive Kerne von Galaxien Quasare ( quasistellar objects ) wurden zunächst als Radioquellen, dann auch im optischen Bereich gefunden und sind Objekte geringer Ausdehnung. Sie sind we- sentlich weiter entfernt (bis zu 12Mrd. Lichtjahre) als die voll entwickelten Gala- xien. Ihre Leuchtkraft ist mehr als hundertmal größer als die Leuchtkraft einer Galaxie, und doch müssen sie relativ kompakte Objekte sein. Teilweise ändern sie ihre Leuchtkraft innerhalb einer Woche um 3 Größenordnungen, ihre Ausdehnung kann daher nur einige Lichttage betragen. Mit großer Wahrscheinlichkeit sind Quasare neu entstehende massereiche Schwarze Löcher in den Zentren junger Ga- laxien und erreichen Massen bis mehr als 10 9 M 8 . Wegen ihrer großen Entfernung sehen wir hier die Frühstadien der Galaxienbildung. (  88.2 ) Galaxien – Gruppen – Haufen Unsere Galaxis ist Mitglied der lokalen Galaxiengruppe . Diese enthält neben ca. 50 kleinen Galaxien, zu deren nächsten die Magellan’schen Wolken (mit freiem Auge sichtbar am Südhimmel, Entfernung 170 000 Lj ) gehören, als weitere Riesenga- laxis die Andromedagalaxis (Entfernung 2,2 Mio. Lj ). Die Galaxien der lokalen Gruppe stehen unter dem Einfluss ihrer gegenseitigen Gravitationsanziehung. Da- her nähern sich Milchstraße und die Andromeda mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 km/s und werden vermutlich in etwa 4Mrd. Jah ren kollidieren. Die Verteilung der Galaxiengruppen ist nicht gleichmäßig, sie bilden Galaxienhau- fen (Cluster) und Superhaufen (Supercluster), zwischen denen Hohlräume (engl. voids ) bestehen – was weitere Rätsel aufgibt (  88.3 ). Dunkle Materie – ein großes Rätsel Ein weiteres Rätsel stellt die Diskrepanz zwischen der sichtbaren Masse, die sich durch die leuchtenden Sterne zeigt, und jener Masse dar, deren Gravitationsanzie- hung die Sterne auf ihrer Bewegung um das galaktische Zentrum führt. Die Verschiebung von Spektrallinien durch den Doppler-Effekt erlaubt es, die Rota- tion der Galaxis zu studieren. Dies leistet besonders die Radioastronomie, da Ra- diowellen im Gegensatz zum Licht die Galaxis nahezu ungehindert durchdringen. Die meiste Information verdanken wir einer Spektrallinie des neutralen atomaren Wasserstoffs bei 21 cm Wellenlänge. Aus der Bahngeschwindigkeit v eines Sternes um das Zentrum der Milchstraße kann die Masse innerhalb der Bahn des Sterns 88.1 Die Bewegung von Sternen um das Zentrum der Milchstraße (+) erfolgt auf Keple- rellipsen um ein „punktförmiges“ Objekt. Der von links oben kommende Stern erreicht dabei fast 8 000 km/s. Der Stern, dessen gesamte Bahn 26 Jahre verfolgt werden konnte, erreicht damit 2,5% der Lichtgeschwindigkeit! 88.2 Ein im Vordergrund liegender Galaxien- haufen wirkt als Gravitationslinse für einen da- hinter liegenden Quasar in 10Mrd. Lj Entfer- nung und bildet diesen fünfmal ab, eine nähere Galaxie dreimal. 88.3 Die Verteilung von etwa 900 000 Gala- xien bis zu ca. 2 Mrd. Lj Abstand zeigt, dass Galaxienhaufen ungleichmäßig verteilt sind und fadenförmige Strukturen bilden.  88 AKTUELLE FORSCHUNG Nur zu Prüfzwecken – Eigentum de Verl gs öbv