Sexl Physik 8, Schulbuch

3 ASTROPHYSIK – STERNE UND GALAXIEN 1 Im 19. Jh. gab es verschiedene Ideen über den Ursprung der Sonnenenergie. Warum waren sie bereits damals nicht überzeugend? Welche wesentlichen Ideen waren für die heutige Vorstellung wichtig? 2 Welche Schwierigkeiten ergeben sich bei der Messung von Sternparallaxen zur Entfernungsbestimmung? Wel- che Vorteile bieten dafür Weltraumteleskope? 3 Immer mehr extrasolare Planeten werden entdeckt. Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit auf sol- chen Planeten Leben möglich ist? 4 Recherchiere die Phasen der Entwicklung der Sonne. 5 Warum wird astronomische Forschung trotz der immer höheren Kosten für große Teleskope betrieben? Wo- durch wird der Bau immer größerer Teleskope möglich? 6 Hobbyastronomen tragen auch zur astronomischen Forschung bei. Recherchiere über die systematische Beobachtung von Meteoren und Kometen. 7 Vergleiche die zwei Typen von Supernovae. 8 Woran erkennt man Doppelsterne? 9 Für die Entdeckung eines Pulsars mit einem Neutronen- stern als Begleiter erhielten Joseph H. Taylor und Rus- sell A. Hulse den Nobelpreis 1993. Welche Bedeutung hat ihre Entdeckung für die Allgemeine Relativi- tätstheorie? 10 Warum heißt es, wir seien aus Sternenstaub? 11 Recherchiere über Schwarze Löcher. 12 Was hält Galaxien zusammen? Was hindert sie, unter dem eigenen Gewicht zusammenzustürzen? 4 KOSMOLOGIE 1 Dunkle Materie ist Materie, die wir nicht „sehen“ kön- nen, weder im optischen Bereich noch in einem ande- ren Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Wel- che Beobachtungen deuten darauf hin, dass es diese Materie dennoch gibt? Welche Vermutungen hat man über die Natur der Dunklen Materie? 2 Welche experimentellen Befunde gibt es für die Exis- tenz der Dunklen Energie? 99.1 Acht Radioteleskope über die Erde verteilt bildeten ein Super­ spiegelteleskop. Damit wurde kurzwellige Strahlung abgebildet, die vom heißen Plasma um das Zentrum von M87 ausgeht. Der dunkle Fleck im Zentrum ist der „Schatten“ des Schwarzen Lochs. Der Kreis zeigt die Größe des Bereichs (  99.2 ), aus dem Strahlung nicht entweichen kann. (1 Mikro- bogensekunde (μas) ≈ 5 · 10 −12 rad.) 99.2 Computersimulation der Wege des Lichts, das von verschiede- nen Orten in der Nähe eines Schwarzen Loch entfernte Beobachter er- reicht. Innerhalb von 2,5 Schwarzschildradien um das Zentrum werden Lichtwege so stark gekrümmt, dass sie im Schwarzen Loch enden und der zentrale Bildbereich dunkel wird. Schwarze Löcher werfen Schatten Als 1919 die Lichtablenkung am Sonnenrand nachgewie- sen wurde (s. S. 33), ahnte noch niemand, dass Gravitati- onslinsen einmal zum Werkzeug der Astronomie werden könnten. Hundert Jahre später gelang es, mit dem Gravita- tionslinseneffekt die Größe des Schwarzen Lochs im Zen- trum einer nahen Galaxie (M87) zu bestimmen. Im Zentrum ist ein Schwarzes Loch (SL). Es ist von einer rotierenden Scheibe aus extrem heißer ionisierter Materie (Plasma) umgeben, die eine intensive Quelle für Radiowel- len und γ -Strahlung ist. Der Schwarzschild-Radius des Schwarzen Lochs konnte 2019 zu 2 · 10 10  km ( ca. 135AE ≈ 18 Lichtstunden ) bestimmt werden. (Aus dem Radius ergibt sich die SL-Masse zu 6,5Mrd. Sonnenmassen.) Wie ist die Bestimmung möglich, obwohl die Galaxie 55Mio. Lichtjahre ( 5 · 10 20  km ) von uns entfernt ist? Interstellarer Staub verhindert, mit sichtbarem Licht ins Galaxienzentrum zu blicken, dies geht nur mit Millimeter- wellen ( f ≈ 200GHz ). Acht Radioteleskope, die von Grönland bis zum Südpol, von Hawaii bis Frankreich verteilt sind, beobachteten absolut synchron das Zentrum von M87. In einem aufwändigen Verfahren wurden die Daten der ein- zelnen Teleskope zu einem Bild zusammengefügt, das ein virtuelles Teleskop mit einem 10000 km -Spiegel empfangen hätte. (  99.1 ) 99 | AKTUELLE FORSCHUNG Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv