Astrophysik: eine Einführung in Theorie und Grundlagen
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Stuttgart [u.a.]
Teubner
2003
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| Series: | Teubner-Studienbücher Physik
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1 Astronomische und physikalische Grundlagen 11
1.1 Einleitende Bemerkungen...................... 11
1.1.1 Geschichtliches und Aktuelles............... 11
1.1.2 Zeit-und Ortsskalen.................... 15
1.1.3 Elementateilchenphy
sik
und der frühe Kosmos...... 19
1.1.4 Gravitation......................... 21
1.1.5 Relativistische Effekte................... 23
1.1.6 Klassische Beschreibung versus Quantenmechanik .... 24
1.1.7 Ideale versus nicht-ideale Beschreibung.......... 25
1.1.8 Beispiel........................... 27
1.1.9 Gyrationsfrequenzen, Stoßfrequenzen,
us
w
......... 27
1.1.10 Ausblick.......................... 28
1.2 Bestimmung astronomischer Größen................ 29
1.2.1 Astronomische Einheiten.................. 29
1.2.2 Methoden der Abstandsbestimmung............ 32
1.2.3 Abschätzung der Pulsdauer................. 38
1.2.4 Überblick über verschiedene Kalibrierungen ....... 42
1.2.5 Massenbestimmung .................... 43
1.2.6 Geschwindigkeitsbestimmung............... 45
1.3 Spektrale Verteilungen, Temperaturen, Teleskope......... 50
1.3.1 Spektralbereiche der elektromagnetischen Strahlung ... 50
1.3.2 Spektrale Verteilung von Photonen............. 51
1.3.3 Abstrahlung von der Oberfläche eines Sterns....... 54
1.3.4 Helligkeitssysteme und Farben............... 57
1.3.5 Hertzsprung-Russell Diagramm.............. 58
1.3.6 Optische Teleskope..................... 59
1.3.7 Infrarot-Astronomie.................... 61
1.3.8 Radioteleskope....................... 62
1.3.9 Neutrinoastronomie..................... 62
1.3.10 Kosmische Strahlung.................... 64
1.3.11 Gravitationsstrahlung.................... 64
1.3.12 Fundamentale Fragen der Astrophysik........... 65
2 Ein erster Überblick 66
2.1 Sterngleichgewichte......................... 66
2.1.1 Kollaps einer Massenschale................ 71
2.1.2 Virialtheorem........................ 73
8
2.1.3 Klassische Adiabatenindices................ 73
2.1.4 Gültigkeit der klassischen Rechnung............ 76
2.2 Strukturbildung........................... 78
2.2
Л
Eine etwas bessere Argumentation............. 80
2.2.2 Jeans Instabilität...................... 82
2.2.3 Entwicklung der
Proto-Sterne
............... 86
2.3 Sternbrennen............................ 90
2.3.1 Sonnenparameter...................... 90
2.3.2 Thermonukleare Fusion .................. 93
2.3.3 Fusion in der Sonne .................... 95
2.3.4 Qualitatives zur weiteren Sternentwicklung........ 97
Weitere physikalische Grundlagen 99
3.1 Strahlungstransport......................... 99
3.1.1 Strahlungstransportgleichung............... 99
3.1.2 Stoßterm der Strahlungstransportgleichung....... . 104
3.1.3 Diskussion der stationären Lösungen........... 108
3.1.4 Wirkungsquerschnitte und Diffusionszeiten........ 110
3.2 Wärme-und Energietransport.................... 116
3.2.1 Transporttheorie und Transportgleichungen........ 116
3.2.2 Ein einfaches Wärmetransportmodell........... 120
3.2.3 Wärmetransport durch Photonen.............. 121
3.2.4 Konvektiver Transport in einem inkompressiblen Modell . 123
3.2.5 Konvektiver Transport in einem adiabatischen Modell . . 128
3.3 Stellare Energiequellen....................... 132
3.3.1 Deuterium-Tritium Fusion................. 133
3.3.2 Reaktionsparameter und Fusionsleistungsdichte...... 136
3.3.3 Zündbedingung....................... 140
3.3.4 Fusionsprozesse in Sternen................. 142
3.4 Zustandsgieichungen idealer Gase................. 145
3.4.1 Thermodynamik des idealen klassischen Gases...... 146
3.4.2 Ideale Quantengase..................... 150
3.4.3 Physikalische Konsequenzen für Weiße Zwerge...... 156
3.4.4 Adiabatenindices...................... 159
3.5 Chandrasekhar Masse........................ 163
3.5.1 Erste Begegnung mit der Chandrasekhar Masse...... 163
3.5.2 Chandrasekhar Grenze für
poly trope
Zustandsgieichungen 166
3.5.3 Landaus Abschätzung für die Chandrasekhar Masse . . . 170
3.6 Zustandsgieichungen dichter Materie................ 172
3.6.1 Einfache Abschätzungen der Coulomb-Korrekturen . . . . 174
3.6.2 Neutronen kommen ins Spiel................ 181
4 Modelle für brennende Sterne und kompakte Objekte 186
4.1 Brennende Sterne.......................... 186
4.1.1 Grundgleichungen..................... 186
4.1.2 Vereinfachter Lösungsansatz................ 188
4.1.3 Auswertung für unsere Sonne............... 191
4.1.4 Massengrenzen....................... 193
4.1.5 Die Sonnenmasse M© in Naturkonstanten......... 196
4.2 Weiße Zwerge............................ 199
4.2.1 Entdeckungsgeschichte und Größenordnungen...... 199
4.2.2 Obere Massengrenze und qualitative Abhängigkeiten ... 201
4.2.3 Abkühlung Weißer Zwerge................. 204
4.2.4 ART-Effekte ........................ 208
4.3 Neutronensterne, Pulsare und Quasare............... 210
4.3.1 Entdeckungsgeschichte................... 210
4.3.2 Quasare........................... 211
4.3.3 Pulsare........................... 214
4.3.4 Supernova.......................... 215
4.3.5 Allgemeine Charakterisierung von Neutronensternen . . . 216
4.3.6 ART-Effekte ........................ 219
4.3.7 Pulsare als rotierende Neutronensterne........... 219
5 Weitere physikalische Grundlagen 222
5.1 Stabilitätstheorie.......................... 222
5.1.1 Hydrodynamische Grundgleichungen........... 222
5.1.2 Normalmoden Analyse................... 224
5.1.3 Energieprinzip....................... 226
5.1.4 Variationsprinzipien für Anwachsraten........... 230
5.1.5 Auswertung des Sturm-Liouville Problems (5.1.33) . . . . 237
5.1.6 Plausibilitätsüberlegungen................. 238
5.2 Entstehung von Magnetfeldern................... 240
5.2.1 Hamiltonsche Magnetfeld-Struktur ............ 241
5.2.2 Stochastische Magnetfelder ................ 245
5.2.3 Entstehung von Magnetfeldern............... 248
5.3 Nichtlinearer Transport....................... 251
5.3.1 Linearer Transport senkrecht zu Magnetfeldern...... 251
5.3.2 Theorien in der Nähe des Einsatzes einer Instabilität . . . 254
10
5.3.3 Theorien basierend auf Mischungslängen......... 256
5.3.4 Ergänzende Bemerkungen zu Transportbeiträgen..... 259
5.3.5 Transport in stochastischen Magnetfeldern ........ 260
5.3.6 Gültigkeit der quasilinearen Näherung........... 265
5.3.7
S
tochastische Effekte und Zweierstöße .......... 267
5.4 Relativistische Verallgemeinerungen................ 271
5.4.1 Bemerkungen zur Allgemeinen Relativitätstheorie .... 271
5.4.2 Einsteinsche Feldgleichungen............... 272
5.4.3 Beispiele zum Eingewöhnen................ 274
5.4.4 Schwarzschildmetrik.................... 277
Kollabierende Objekte 281
6.1 Relativistische Gleichgewichte - und mehr............. 281
6.1.1 Relativistische Gleichgewichte............... 281
6.1.2 Gravitationskollaps..................... 284
6.2 Schwarze Löcher und andere Singularitäten..........: . 289
Benutzte und weiterführende Literatur 294
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