Einführung in die
Astronomie und Astrophysik II
Teil 11
Jochen LiskeFachbereich Physik
Hamburger Sternwarte
Wer? Alle an der UHH, die irgendwie mit Astro zu tun haben
Wo? Hamburger Sternwarte
Gojenbergsweg 112
21029 Hamburg
Wann? Donnerstag, 11. Juli 2019, 15:00
Was? Führung durch die Sternwarte, Kaltgetränke, Erhitzung
von Essbarem durch die Bestrahlung mit
Schwarzkörperstrahlung
Astro-Semester-Abschlussveranstaltung
Astronomische Nachricht der Woche
Themen
Interstellare Materie
Sternentstehung
Sternentwicklung
Exoplaneten
Die anderen „Boten“
Die Milchstraße
Galaxien
Aktive Galaktische Kerne
Intergalaktische Materie
Kosmologie
Active Galactic Nuclei (AGN) = „aktive“ Zentralbereiche
Aktive Kerne sind z.T. leuchtkräftiger als Muttergalaxie
Emissionen über weite Spektralbereiche: Röntgen, UV, optisch, IR,
Radio
F -, 1
Nicht-stellaren Ursprungs
Z.T. Jets
Variabilität auf Skalen von
Stunden und Tagen
Aktive Galaxienkerne
Typologie historisch bedingt und daher verwirrend
Mehrere Unterscheidungen:
Nach optischen Emissionslinien
• Breite Linien ( > ~1000 km/s): Typ 1
• Schmale Linien: Typ 2
Nach Leuchtkraft
• Schwach: Seyfert
• Stark: Quasar / QSO
Nach Radioemission
• Radiolaut
• Flaches oder steiles Spektrum
• Fanaroff-Riley class I+II
• Radioleise
Variabilität
• Blazar (Bl Lac, OVV)
Aktive Galaxienkerne
H
H
AGN Leuchtkräfte: L = 1013 − 1015 Lʘ innerhalb von D < 10 pc
Energieerzeugung durch Sterne?
> 1010 Sterne / pc3 notwendig
Völlig instabiles System
Einzig bekannte mögliche Energiequelle:
Schwarzes Loch + Akkretionsscheibe
Akkretionsscheibe: Gas fällt ins zentrale (rotierende) Schwarze Loch
Akkretions-Leuchtkraft:
= 0.5 RS / r = 0.057 (nicht rotierendes BH) – 0.42 (Kerr BH)
Erinnerung: H-Fusion: ΔE 0.007 Mc2
= 0.05 – 0.1, dM/dt = 1 – 20 Mʘ/yr LAGN > 1013 Lʘ
Aktive Galaxienkerne: Energieerzeugung
Aktive Galaxienkerne: Struktur
Aktive Galaxienkerne: Struktur
SMBH:
M 109 Mʘ RS 20 AU
Akkretionsscheibe:
r 10−3 pc, n 1021 m−3, v 0.3 c
Broad Line Region (BLR):
r 0.01 – 0.1 pc, n 1016 m−3,
v einige 103 km/s
Torus:
r 1 – 100 pc, n 109 – 1012 m−3
Narrow Line Region (NLR):
r 100 – 1000 pc, n 109 – 1012 m−3, v einige 100 km/s
Vereinheitlichung von Typ 1 und 2 AGN: gleiches Objekt, nur
andere Blickrichtung
Aber: Ursache für radiolaut / radioleise noch nicht vollständig geklärt
Gehören zu den leuchtkräftigsten Objekten im Universum
Relativ leicht bis zu z 6 zu beobachten
Sehr nützliches kosmologisches „Werkzeug“
Gravitationslinsen
Hintergrundquelle zur Beobachtung des intergalaktischen Mediums
(IGM)
Quasare
Raum zwischen Galaxien nicht völlig leer (vgl. ISM)
Sehr geringe Gasdichten: nIGM 1 m−3
Keine Emission, aber Absorption:
Lyman- Wald: Absorption der HI Ly Linie (Ly = 121.6 nm)
durch IGM-Strukturen (Cosmic Web) bei verschiedenen
Rotverschiebungen
IGM großteils ionisiert: nHI / nHII 10−5
Diverse Linien verschiedener Metalle verschiedener
Ionisationsstufen
Chemische Zusammensetzung, physikalische Eigenschaften,
Kinematik des IGM
Zusammenhang mit
Galaxienentwicklung (CGM)
Das intergalaktische Medium
Quasarspektrum
Fragen?
Themen
Interstellare Materie
Sternentstehung
Sternentwicklung
Exoplaneten
Die anderen „Boten“
Die Milchstraße
Galaxien
Aktive Galaktische Kerne
Intergalaktische Materie
Kosmologie
Wissenschaft vom Universum als Ganzes
Welche der 4 Fundamentalkräfte sind kosmologisch relevant?
Große Skalen Starke und Schwache Kernkraft
Universum elektrisch neutral Elektromagnetismus
Gravitation!
Kosmologie
Einsteins Feldgleichungen:
Gμν: Einstein Tensor „Geometrie“ / Metrik
Tμν: Energie-Impuls Tensor Quelle der Raumzeit-Krümmung
10 gekoppelte partielle, nicht-lineare Differentialgleichungen für die
Metrik
Masse / Energie sagt der Raumzeit, wie sie sich zu krümmen hat
Gekrümmte Raumzeit sagt der Masse / Energie, wie sie sich zu
bewegen hat
Allgemeine Relativitätstheorie
Für dieses Gleichungssystem gibt es für bestimmte Situationen
(Symmetrien) analytische Lösungen.
Schwarzschild Metrik
• Vakuum-Lösung außerhalb sphärischer Massenverteilung
Beschreibung von Planetenbahnen, Schwarzen Löchern
Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker Metrik
• Lösung für ein homogenes, isotropes Universum
Entwicklung des Universums, Kosmologie
Allgemeine Relativitätstheorie
Ausgangspunkt zur Anwendung der ART auf das Universum:
Kosmologisches Prinzip
Das Universum ist homogen (kein Ort ist besonders)
Metrik und T nur Funktion der Zeit
Das Universum ist isotrop (keine Richtung ist besonders)
Metrik und T haben nur Diagonalelemente
(im richtigen Koordinatensystem)
Maximale Symmetrie
Kosmologie
Kosmologisches Prinzip
Ausgangspunkt zur Anwendung der ART auf das Universum:
Kosmologisches Prinzip
Das Universum ist homogen (kein Ort ist besonders)
Metrik und T nur Funktion der Zeit
Das Universum ist isotrop (keine Richtung ist besonders)
Metrik und T haben nur Diagonalelemente
(im richtigen Koordinatensystem)
Maximale Symmetrie
Einstein-Gleichung wird durch Friedmann-Lemaître-Robertson-
Walker (FLRW) Metrik gelöst:
Von den ursprünglichen 10 Differentialgleichungen bleiben
nur 2 übrig Friedmann-Gleichung
Kosmologie
Kosmologie
Gekrümmte Räume
k = 1
k = 1
k = 0
Kosmologie
1920er Jahre: Edwin Hubble vermisst
Cepheiden im Andromeda-Nebel
Distanz >> DMW
1912: Vesto Slipher entdeckt die
systematische Rotverschiebung der
Spektren von Spiralnebeln
1929: Hubble kombiniert Sliphers
Rotverschiebungen mit seinen
Distanzmessungen:
Kosmologie: Historisches
Fundamentale Beobachtung: Lineare Beziehung zwischen
Entfernung und Rezessionsgeschwindigkeit:
v = H0 d (Hubblesches Gesetz)
Geburtsstunde der modernen Kosmologie
Kosmologie
Kosmologie
Modernes Hubble-Diagramm: H0 70 km/s/Mpc
Kosmologie
Kosmologie
Kosmologie
R(t)
Heute
M = 1
t
geschlossen
M > 1
offen M < 1
M = 0
- 14 - 9 - 7
Milliarden Jahre
Kosmologie
Zusammenfassung:
ART + Kosmologisches Prinzip FLRW-Metrik als Ansatz
+ 2 Friedmann Gleichungen (+ Zustandsgleichung)
Unbekannte: [R(t), k] und [i, wi] für alle Energiekomponenten i
Es gibt keine statische Lösung, auch nicht nach Modifikation der
Gleichungen (zumindest keine stabile) Einsteins „größte Eselei“
Kosmologie
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