Einführung in die extragalaktische Astronomie und Kosmologie:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2008
|
| Ausgabe: | Korr. Nachdr. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XV, 452 S. zahlr. Ill. , graph. Darst., Kt. |
| ISBN: | 9783540258322 9783540305897 |
Internformat
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
IX
i. Einleitung und Überblick
2. Die Galaxis als Galaxie
1.1 Einleitung ...................................................... 1
1.2 Überblick ...................................................... 4
1.2.1 Unsere Galaxis als Galaxie .................................... 4
1.2.2 Die Welt der Galaxien .......................................... 6
1.2.3 Die Hubble Expansion des Weltalls ........................... 9
1.2.4 Aktive und Starburst Galaxien ................................. 11
1.2.5 Voids, Galaxienhaufen und Dunkle Materie ................... 13
1.2.6 Weltmodelle und thermische Geschichte des Universums __ 15
1.2.7 Strukturbildung und Galaxienentwicklung .................... 18
1.2.8 Kosmologie als Triumph
des menschlichen Geistes ...................................... 18
1.3 Werkzeuge der extragalaktischen Astronomie ............. 19
1.3.1 Radioteleskope ................................................. 20
1.3.2 Infrarot-Teleskope .............................................. 24
1.3.3 Optische Teleskope ............................................. 26
1.3.4 UV-Teleskope .................................................. 31
1.3.5 Röntgen-Teleskope ............................................. 32
1.3.6 Gamma-Teleskope ............................................. 33
2.1 Galaktische Koordinaten ..................................... 35
2.2 Entfernungsbestimmungen innerhalb unserer Galaxis__ 36
2.2.1 Trigonometrische Parallaxe .................................... 37
2.2.2 Eigenbewegungen .............................................. 38
2.2.3 Sternstromparallaxe ............................................ 38
2.2.4 Photometrische Entfernung;
Extinktion und Rötung ......................................... 40
2.2.5 Spektroskopische Entfernung .................................. 43
2.2.6 Entfernungen von visuellen Doppelsternen.................... 44
2.2.7 Entfernungen pulsierender Sterne ............................. 44
2.3 Struktur der Galaxis .......................................... 46
2.3.1 Die Galaktische Scheibe: Sternverteilung ..................... 47
2.3.2 Die Galaktische Scheibe:
chemische Zusammensetzung und Alter ...................... 48
2.3.3 Die Galaktische Scheibe: Staub und Gas ...................... 51
2.3.4 Die kosmische Höhenstrahlung ................................ 53
2.3.5 Der Galaktische Bulge ......................................... 55
2.3.6 Der sichtbare Halo ............................................. 55
2.3.7 Die Entfernung zum Galaktischen Zentrum ................... 56
2.4 Kinematik der Galaxis........................................ 57
2.4.1 Bestimmung der Geschwindigkeit der Sonne ................. 57
Inhaltsverzeichnis
2.4.2 Die Rotationskurve der Galaxis ................................ 60
2.5 Der Galaktische Mikrolinseneffekt:
Suche nach kompakter Dunkler Materie ................... 65
2.5.1 Der Gravitationslinseneffekt I.................................. 65
2.5.2 Galaktischer Mikrolinseneffekt ................................ 70
2.5.3 Surveys und Resultate .......................................... 73
2.5.4 Variationen und Erweiterungen ................................ 75
2.6 Das Galaktische Zentrum .................................... 78
2.6.1 Wo ist das Galaktische Zentrum? .............................. 78
2.6.2 Der zentrale Sternhaufen ....................................... 80
2.6.3 Schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße ................. 81
2.6.4 Die Eigenbewegung von Sgr A* ............................... 84
3. Die Welt der Galaxien 3.1 Klassifikation .................................................. 88
3.1.1 Morphologische Klassifikation: Die Hubble-Sequenz ........ 88
3.1.2 Andere Arten von Galaxien .................................... 89
3.2 Elliptische Galaxien ........................................... 90
3.2.1 Unterteilung .................................................... 90
3.2.2 Helligkeitsprofil ................................................ 92
3.2.3 Zusammensetzung von Elliptischen Galaxien ................. 93
3.2.4 Dynamik von Elliptischen Galaxien ........................... 93
3.2.5 Anzeichen komplexer Entwicklung ............................ 96
3.3 Spiralgalaxien ................................................. 98
3.3.1 Trends innerhalb der Spiralensequenz ......................... 98
3.3.2 Helligkeitsprofil ................................................ 98
3.3.3 Rotationskurven und Dunkle Materie.......................... 100
3.3.4 Stellare Population und Gasgehalt ............................. 102
3.3.5 Spiralstruktur ................................................... 103
3.3.6 Korona von Spiralen? .......................................... 104
3.4 Skalierungsrelationen ........................................ 104
3.4.1 Die Tully-Fisher-Relation ..................................... 104
3.4.2 Die Faber-Jackson-Relation ................................... 107
3.4.3 Die Fundamentalebene ......................................... 107
3.4.4 Dn-a-Relation .................................................. 109
3.5 Schwarze Löcher in Zentren von Galaxien ................. 109
3.5.1 Die Suche nach supermassiven Schwarzen Löchern .......... 110
3.5.2 Beispiele für SMBHs in Galaxien ............................. 111
3.5.3 Zusammenhang der SMBH-Masse
mit Galaxieneigenschaften ..................................... 113
3.6 Extragalaktische Entfernungsbestimmungen .............. 114
3.6.1 Entfernung zur LMC ........................................... 115
3.6.2 Die Cepheiden-Entfernung ..................................... 116
3.6.3 Sekundäre Entfernungsindikatoren ............................ 116
3.7 Leuchtkraftfunktion von Galaxien .......................... 118
Inhaltsverzeichnis
4. Kosmologie I:
Homogene isotrope
Weltmodelle
XI
3.8 Galaxien als Gravitationslinsen .............................. 121
3.8.1 Der Gravitationslinseneffekt - Teil II .......................... 121
3.8.2 Einfache Modelle ............................................... 122
3.8.3 Beispiele für Gravitationslinsen ............................... 125
3.8.4 Anwendungen des Linseneffekts .............................. 129
3.9 Populationssynthese .......................................... 131
3.9.1 Modellannahmen ............................................... 132
3.9.2 Entwicklungswege im HRD; integriertes Spektrum ........... 133
3.9.3 Farbentwicklung ................................................ 134
3.9.4 Sternbildungsgeschichte und Galaxienfarben ................. 135
3.9.5 Metallizität, Staub, und Hu Regionen ......................... 136
3.9.6 Zusammenfassung .............................................. 137
3.9.7 Spektren von Galaxien ......................................... 137
3.10 Chemische Entwicklung von Galaxien ...................... 138
4.1 Einleitung und grundlegende Beobachtungen .............. 141
4.1.1 Grundlegende kosmologische Beobachtungen ................ 142
4.1.2 Einfache Schlussfolgerungen .................................. 142
4.2 Ein expandierendes Universum .............................. 146
4.2.1 Newtonsche Kosmologie ....................................... 146
4.2.2 Kinematische Beschreibung ................................... 146
4.2.3 Dynamik der Expansion ........................................ 147
4.2.4 Modifikation durch die ART ................................... 148
4.2.5 Die Materiekomponenten des Universums .................... 150
4.2.6 „Herleitung der Expansionsgleichung ........................ 150
4.2.7 Diskussion der Expansionsgleichungen ....................... 151
4.3 Konsequenzen der Friedmann-Expansion .................. 153
4.3.1 Die Notwendigkeit eines Big Bang ............................ 153
4.3.2 Die Rotverschiebung ........................................... 156
4.3.3 Entfernungen in der Kosmologie .............................. 158
4.3.4 Spezialfall: Das Einstein-de-Sitter-Modell .................... 160
4.3.5 Zusammenfassung .............................................. 161
4.4 Thermische Geschichte des Universums .................... 161
4.4.1 Expansion in strahlungsdominierter Phase .................... 162
4.4.2 Entkopplung der Neutrinos .................................... 162
4.4.3 Paarvernichtung ................................................ 164
4.4.4 Primordiale Nukleosynthese ................................... 164
4.4.5 Rekombination ................................................. 168
4.4.6 Zusammenfassung .............................................. 170
4.5 Erfolge und Probleme des Standardmodells ................ 171
4.5.1 Erfolge .......................................................... 172
4.5.2 Probleme des Standardmodells ................................ 172
4.5.3 Erweiterung des Standardmodells; Inflation ................... 175
Inhaltsverzeichnis
XII
5. Aktive Galaxienkerne
6. Galaxienhaufen
und Galaxiengruppen
5.1 Einleitung ...................................................... 179
5.1.1 Kurze Geschichte der AGNs ................................... 179
5.1.2 Grundlegende Eigenschaften von Quasaren ................... 180
5.1.3 Quasare als Radioquellen; Synchrotron-Strahlung ............ 180
5.1.4 Breite Emissionslinien ......................................... 184
5.2 Zoologie der AGNs ............................................ 185
5.2.1 QSOs ........................................................... 185
5.2.2 Seyfert-Galaxien ............................................... 186
5.2.3 Radiogalaxien .................................................. 186
5.2.4 OVVs ........................................................... 186
5.2.5 BL Lac-Objekte ................................................ 187
5.3 Die zentrale Maschine: ein Schwarzes Loch ................ 188
5.3.1 Warum Schwarzes Loch? ...................................... 189
5.3.2 Akkretion ....................................................... 189
5.3.3 Superluminal Motion ........................................... 191
5.3.4 Weitere Argumente für SMBHs ............................... 194
5.3.5 Erste Massenabschätzung des SMBH:
die Eddington-Leuchtkraft ..................................... 196
5.4 Komponenten eines AGN ..................................... 198
5.4.1 Das IR, optische und UV-Kontinuum .......................... 198
5.4.2 Die breiten Emissionslinien .................................... 200
5.4.3 Schmale Emissionslinien ....................................... 205
5.4.4 Die Röntgenemission .......................................... 206
5.4.5 Die Host-Galaxie ............................................... 206
5.5 Familiäre Beziehungen der AGNs ........................... 208
5.5.1 Vereinheitlichungsmodelle ..................................... 208
5.5.2 Beaming ........................................................ 211
5.5.3 Beaming auf großen Skalen .................................... 213
5.5.4 Jets bei höheren Frequenzen ................................... 213
5.6 AGNs und Kosmologie ........................................ 217
5.6.1 Die K-Korrektur ................................................ 217
5.6.2 Die Leuchtkraftfunktion der QSOs ............................ 218
5.6.3 Absorptionslinien in Quasaren ................................. 220
6.1 Die Lokale Gruppe ............................................ 226
6.1.1 Phänomenologie ................................................ 226
6.1.2 Massenabschätzung ............................................ 227
6.1.3 Weitere Komponenten der Lokalen Gruppe ................... 229
6.2 Galaxien in Haufen und Gruppen ........................... 231
6.2.1 Der Abell-Katalog .............................................. 231
6.2.2 Leuchtkraftverteilung der Haufengalaxien .................... 233
6.2.3 Morphologische Klassifikation von Haufen ................... 233
6.2.4 Räumliche Verteilung der Galaxien ............................ 234
6.2.5 Dynamische Masse von Haufen ............................... 236
Inhaltsverzeichnis
7. Kosmologie II:
Inhomogenitäten
im Universum
XIII
8. Kosmologie III:
Die kosmologischen
Parameter
6.2.6 Weitere Bemerkungen zur Haufendynamik ................... 237
6.2.7 Intergalaktische Sterne in Galaxienhaufen .................... 239
6.2.8 Galaxiengruppen ............................................... 240
6.2.9 Die Morphologie-Dichte-Relation ............................. 241
6.3 Röntgenstrahlung von Galaxienhaufen ..................... 243
6.3.1 Allgemeine Eigenschaften der Röntgenstrahlung ............. 244
6.3.2 Modelle der Röntgenemission ................................. 247
6.3.3 Cooling Flows .................................................. 249
6.3.4 Der Sunyaev-Zeldovich-Effekt ................................ 253
6.3.5 Röntgenkataloge von Haufen .................................. 255
6.4 Skalierungsrelationen von Galaxienhaufen ................. 257
6.4.1 Masse-Temperatur-Beziehung ................................. 257
6.4.2 Masse-Geschwindigkeitsdispersion-Beziehung ............... 259
6.4.3 Masse-Leuchtkraft-Beziehung ................................. 259
6.4.4 Nah-Infrarot-Leuchtkraft als Massenindikator ................ 260
6.5 Galaxienhaufen als Gravitationslinsen ...................... 261
6.5.1 Leuchtende Bögen (Ares) ...................................... 261
6.5.2 Der Schwache Linseneffekt .................................... 265
6.6 Entwicklungseffekte .......................................... 271
7.1 Einleitung ...................................................... 277
7.2 Gravitative Instabilität ....................................... 278
7.2.1 Überblick ....................................................... 278
7.2.2 Lineare Störungstheorie ........................................ 279
7.3 Beschreibung der Dichtefluktuationen ...................... 282
7.3.1 Korrelationsfunktionen ......................................... 283
7.3.2 Das Leistungsspektrum ........................................ 285
7.4 Entwicklung der Dichtefluktuationen ....................... 285
7.4.1 Das anfängliche Leistungsspektrum ........................... 285
7.4.2 Anwachsen der Dichtestörungen ............................... 286
7.5 Nichtlineare Strukturbildung ................................ 289
7.5.1 Modell des sphärischen Kollaps ............................... 290
7.5.2 Anzahldichte von Halos Dunkler Materie ..................... 291
7.5.3 Numerische Simulationen ...................................... 294
7.5.4 Profil von Halos Dunkler Materie .............................. 299
7.5.5 Das Problem der Substruktur .................................. 303
7.6 Pekuliargeschwindigkeiten ................................... 306
7.7 Der Ursprung der Dichtefluktuationen ..................... 308
8.1 Rotverschiebungssurveys von Galaxien ..................... 312
8.1.1 Einleitung....................................................... 312
8.1.2 Rotverschiebungssurveys ...................................... 312
Inhaltsverzeichnis
XIV
9. Das Universum
bei hoher
Rotverschiebung
8.1.3 Bestimmung des Leistungsspektrums ......................... 315
8.1.4 Einfluss von Pekuliargeschwindigkeiten ....................... 318
8.1.5 Winkelkorrelationen von Galaxien ............................ 320
8.1.6 Kosmische Pekuliargeschwindigkeiten ........................ 321
8.2 Kosmologische Parameter aus Galaxienhaufen ............ 323
8.2.1 Anzahldichte ................................................... 323
8.2.2 Masse-zu-Leuchtkraft-Verhältnis .............................. 324
8.2.3 Baryonenanteil ................................................. 325
8.2.4 Die LSS der Galaxienhaufen ................................... 325
8.3 Supernovae hoher Rotverschiebung
und die kosmologische Konstante ........................... 326
8.3.1 Sind SNIa Standardkerzen?.................................... 326
8.3.2 Beobachtungen von SN Ia bei hohen Rotverschiebungen ..... 327
8.3.3 Resultate ........................................................ 328
8.3.4 Diskussion ...................................................... 329
8.4 Kosmische Scherung .......................................... 331
8.5 Ursprung des Lymana-Waldes .............................. 333
8.5.1 Das homogene intergalaktische Medium ...................... 333
8.5.2 Phänomenologie des Lya-Waldes ............................. 334
8.5.3 Modelle des Lya-Waldes ....................................... 335
8.5.4 Der Lya-Wald als kosmologisches Werkzeug ................. 337
8.6 Winkelfluktuationen des CMB ............................... 338
8.6.1 Ursprung der Anisotropie: Überblick .......................... 338
8.6.2 Beschreibung der CMB-Anisotropie........................... 340
8.6.3 Das Fluktuationsspektrum ..................................... 341
8.6.4 Beobachtungen der CMB-Anisotropie......................... 344
8.6.5 WMAP: Präzisionsmessungen der CMB-Anisotropie ........ 347
8.7 Kosmologische Parameter .................................... 351
8.7.1 Kosmologische Parameter mit WMAP ........................ 351
8.7.2 Kosmische Harmonie .......................................... 354
9.1 Galaxien bei hoher Rotverschiebung ........................ 358
9.1.1 Lyman-Break-Galaxien (LBGs) ............................... 358
9.1.2 Photometrische Rotverschiebungen ............................ 362
9.1.3 Hubble Deep Field(s) .......................................... 364
9.1.4 Natürliche Teleskope ........................................... 366
9.2 Neue Typen von Galaxien .................................... 369
9.2.1 Starburst-Galaxien ............................................. 369
9.2.2 Extremely Red Objects (EROs) ................................ 371
9.2.3 Submillimeter-Quellen: Blick durch dicken Staub ............ 374
9.3 Hintergrundstrahlung bei kleineren Wellenlängen ........ 376
9.3.1 Der IR-Hintergrund ............................................ 377
9.3.2 Der Röntgenhintergrund ....................................... 378
Inhaltsverzeichnis
XV
9.4 Die Reionisation des Universums ............................ 379
9.4.1 Die ersten Sterne ............................................... 380
9.4.2 Der Reionisationsprozess ...................................... 382
9.5 Die kosmische Geschichte der Sternentstehung ............ 384
9.5.1 Indikatoren für Sternentstehung ............................... 384
9.5.2 Rotverschiebungsabhängigkeit der Sternentstehung:
Das Madau-Diagramm ......................................... 386
9.6 Galaxienentstehung und Entwicklung ...................... 387
9.6.1 Erwartungen aus der Strukturbildung .......................... 387
9.6.2 Die Bildung von Ellipsen ...................................... 388
9.6.3 Semi-analytische Modelle ...................................... 391
9.7 Gamma-Ray Bursts ........................................... 396
io. Ausblicke .....................................................................................................401
Anhang
A. Das elektromagnetische A.l Die Größen des Strahlungsfeldes ............................ 411
° A.2 Strahlungstransport .......................................... 411
A.3 Schwarzkörper-Strahlung.................................... 412
A.4 Das Magnitudensystem ....................................... 414
A.4.1 Scheinbare Helligkeit .......................................... 414
A.4.2 Filter und Farben ............................................... 414
A.4.3 Absolute Helligkeit ............................................. 416
A.4.4 Bolometrische Größen ......................................... 416
B. Eigenschaften B.l Zustandsgrößen der Sterne .................................. 419
von Sternen ß 2 spektraiuasse, Leuchtkraftklasse
und das Hertzsprung-Russell-Diagramm .................. 419
B.3 Struktur und Entwicklung von Sternen..................... 421
C. Einheiten und Konstanten ..................................................................................425
D. Literaturempfehlungen D.l Allgemeine Lehrbücher 427
D.2 Speziellere Literatur .......................................... 427
D.3 Übersichtsartikel, Aktuelle Literatur und Journale ....... 428
E. Benutzte Akronyme .........................................................................................43
F. Quellennachweis der Abbildungen ........................................................................435
Sachverzeichnis ..................................................................................................447
|
| adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
IX
i. Einleitung und Überblick
2. Die Galaxis als Galaxie
1.1 Einleitung . 1
1.2 Überblick . 4
1.2.1 Unsere Galaxis als Galaxie . 4
1.2.2 Die Welt der Galaxien . 6
1.2.3 Die Hubble Expansion des Weltalls . 9
1.2.4 Aktive und Starburst Galaxien . 11
1.2.5 Voids, Galaxienhaufen und Dunkle Materie . 13
1.2.6 Weltmodelle und thermische Geschichte des Universums _ 15
1.2.7 Strukturbildung und Galaxienentwicklung . 18
1.2.8 Kosmologie als Triumph
des menschlichen Geistes . 18
1.3 Werkzeuge der extragalaktischen Astronomie . 19
1.3.1 Radioteleskope . 20
1.3.2 Infrarot-Teleskope . 24
1.3.3 Optische Teleskope . 26
1.3.4 UV-Teleskope . 31
1.3.5 Röntgen-Teleskope . 32
1.3.6 Gamma-Teleskope . 33
2.1 Galaktische Koordinaten . 35
2.2 Entfernungsbestimmungen innerhalb unserer Galaxis_ 36
2.2.1 Trigonometrische Parallaxe . 37
2.2.2 Eigenbewegungen . 38
2.2.3 Sternstromparallaxe . 38
2.2.4 Photometrische Entfernung;
Extinktion und Rötung . 40
2.2.5 Spektroskopische Entfernung . 43
2.2.6 Entfernungen von visuellen Doppelsternen. 44
2.2.7 Entfernungen pulsierender Sterne . 44
2.3 Struktur der Galaxis . 46
2.3.1 Die Galaktische Scheibe: Sternverteilung . 47
2.3.2 Die Galaktische Scheibe:
chemische Zusammensetzung und Alter . 48
2.3.3 Die Galaktische Scheibe: Staub und Gas . 51
2.3.4 Die kosmische Höhenstrahlung . 53
2.3.5 Der Galaktische Bulge . 55
2.3.6 Der sichtbare Halo . 55
2.3.7 Die Entfernung zum Galaktischen Zentrum . 56
2.4 Kinematik der Galaxis. 57
2.4.1 Bestimmung der Geschwindigkeit der Sonne . 57
Inhaltsverzeichnis
2.4.2 Die Rotationskurve der Galaxis . 60
2.5 Der Galaktische Mikrolinseneffekt:
Suche nach kompakter Dunkler Materie . 65
2.5.1 Der Gravitationslinseneffekt I. 65
2.5.2 Galaktischer Mikrolinseneffekt . 70
2.5.3 Surveys und Resultate . 73
2.5.4 Variationen und Erweiterungen . 75
2.6 Das Galaktische Zentrum . 78
2.6.1 Wo ist das Galaktische Zentrum? . 78
2.6.2 Der zentrale Sternhaufen . 80
2.6.3 Schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße . 81
2.6.4 Die Eigenbewegung von Sgr A* . 84
3. Die Welt der Galaxien 3.1 Klassifikation . 88
3.1.1 Morphologische Klassifikation: Die Hubble-Sequenz . 88
3.1.2 Andere Arten von Galaxien . 89
3.2 Elliptische Galaxien . 90
3.2.1 Unterteilung . 90
3.2.2 Helligkeitsprofil . 92
3.2.3 Zusammensetzung von Elliptischen Galaxien . 93
3.2.4 Dynamik von Elliptischen Galaxien . 93
3.2.5 Anzeichen komplexer Entwicklung . 96
3.3 Spiralgalaxien . 98
3.3.1 Trends innerhalb der Spiralensequenz . 98
3.3.2 Helligkeitsprofil . 98
3.3.3 Rotationskurven und Dunkle Materie. 100
3.3.4 Stellare Population und Gasgehalt . 102
3.3.5 Spiralstruktur . 103
3.3.6 Korona von Spiralen? . 104
3.4 Skalierungsrelationen . 104
3.4.1 Die Tully-Fisher-Relation . 104
3.4.2 Die Faber-Jackson-Relation . 107
3.4.3 Die Fundamentalebene . 107
3.4.4 Dn-a-Relation . 109
3.5 Schwarze Löcher in Zentren von Galaxien . 109
3.5.1 Die Suche nach supermassiven Schwarzen Löchern . 110
3.5.2 Beispiele für SMBHs in Galaxien . 111
3.5.3 Zusammenhang der SMBH-Masse
mit Galaxieneigenschaften . 113
3.6 Extragalaktische Entfernungsbestimmungen . 114
3.6.1 Entfernung zur LMC . 115
3.6.2 Die Cepheiden-Entfernung . 116
3.6.3 Sekundäre Entfernungsindikatoren . 116
3.7 Leuchtkraftfunktion von Galaxien . 118
Inhaltsverzeichnis
4. Kosmologie I:
Homogene isotrope
Weltmodelle
XI
3.8 Galaxien als Gravitationslinsen . 121
3.8.1 Der Gravitationslinseneffekt - Teil II . 121
3.8.2 Einfache Modelle . 122
3.8.3 Beispiele für Gravitationslinsen . 125
3.8.4 Anwendungen des Linseneffekts . 129
3.9 Populationssynthese . 131
3.9.1 Modellannahmen . 132
3.9.2 Entwicklungswege im HRD; integriertes Spektrum . 133
3.9.3 Farbentwicklung . 134
3.9.4 Sternbildungsgeschichte und Galaxienfarben . 135
3.9.5 Metallizität, Staub, und Hu Regionen . 136
3.9.6 Zusammenfassung . 137
3.9.7 Spektren von Galaxien . 137
3.10 Chemische Entwicklung von Galaxien . 138
4.1 Einleitung und grundlegende Beobachtungen . 141
4.1.1 Grundlegende kosmologische Beobachtungen . 142
4.1.2 Einfache Schlussfolgerungen . 142
4.2 Ein expandierendes Universum . 146
4.2.1 Newtonsche Kosmologie . 146
4.2.2 Kinematische Beschreibung . 146
4.2.3 Dynamik der Expansion . 147
4.2.4 Modifikation durch die ART . 148
4.2.5 Die Materiekomponenten des Universums . 150
4.2.6 „Herleitung" der Expansionsgleichung . 150
4.2.7 Diskussion der Expansionsgleichungen . 151
4.3 Konsequenzen der Friedmann-Expansion . 153
4.3.1 Die Notwendigkeit eines Big Bang . 153
4.3.2 Die Rotverschiebung . 156
4.3.3 Entfernungen in der Kosmologie . 158
4.3.4 Spezialfall: Das Einstein-de-Sitter-Modell . 160
4.3.5 Zusammenfassung . 161
4.4 Thermische Geschichte des Universums . 161
4.4.1 Expansion in strahlungsdominierter Phase . 162
4.4.2 Entkopplung der Neutrinos . 162
4.4.3 Paarvernichtung . 164
4.4.4 Primordiale Nukleosynthese . 164
4.4.5 Rekombination . 168
4.4.6 Zusammenfassung . 170
4.5 Erfolge und Probleme des Standardmodells . 171
4.5.1 Erfolge . 172
4.5.2 Probleme des Standardmodells . 172
4.5.3 Erweiterung des Standardmodells; Inflation . 175
Inhaltsverzeichnis
XII
5. Aktive Galaxienkerne
6. Galaxienhaufen
und Galaxiengruppen
5.1 Einleitung . 179
5.1.1 Kurze Geschichte der AGNs . 179
5.1.2 Grundlegende Eigenschaften von Quasaren . 180
5.1.3 Quasare als Radioquellen; Synchrotron-Strahlung . 180
5.1.4 Breite Emissionslinien . 184
5.2 Zoologie der AGNs . 185
5.2.1 QSOs . 185
5.2.2 Seyfert-Galaxien . 186
5.2.3 Radiogalaxien . 186
5.2.4 OVVs . 186
5.2.5 BL Lac-Objekte . 187
5.3 Die zentrale Maschine: ein Schwarzes Loch . 188
5.3.1 Warum Schwarzes Loch? . 189
5.3.2 Akkretion . 189
5.3.3 Superluminal Motion . 191
5.3.4 Weitere Argumente für SMBHs . 194
5.3.5 Erste Massenabschätzung des SMBH:
die Eddington-Leuchtkraft . 196
5.4 Komponenten eines AGN . 198
5.4.1 Das IR, optische und UV-Kontinuum . 198
5.4.2 Die breiten Emissionslinien . 200
5.4.3 Schmale Emissionslinien . 205
5.4.4 Die Röntgenemission . 206
5.4.5 Die Host-Galaxie . 206
5.5 Familiäre Beziehungen der AGNs . 208
5.5.1 Vereinheitlichungsmodelle . 208
5.5.2 Beaming . 211
5.5.3 Beaming auf großen Skalen . 213
5.5.4 Jets bei höheren Frequenzen . 213
5.6 AGNs und Kosmologie . 217
5.6.1 Die K-Korrektur . 217
5.6.2 Die Leuchtkraftfunktion der QSOs . 218
5.6.3 Absorptionslinien in Quasaren . 220
6.1 Die Lokale Gruppe . 226
6.1.1 Phänomenologie . 226
6.1.2 Massenabschätzung . 227
6.1.3 Weitere Komponenten der Lokalen Gruppe . 229
6.2 Galaxien in Haufen und Gruppen . 231
6.2.1 Der Abell-Katalog . 231
6.2.2 Leuchtkraftverteilung der Haufengalaxien . 233
6.2.3 Morphologische Klassifikation von Haufen . 233
6.2.4 Räumliche Verteilung der Galaxien . 234
6.2.5 Dynamische Masse von Haufen . 236
Inhaltsverzeichnis
7. Kosmologie II:
Inhomogenitäten
im Universum
XIII
8. Kosmologie III:
Die kosmologischen
Parameter
6.2.6 Weitere Bemerkungen zur Haufendynamik . 237
6.2.7 Intergalaktische Sterne in Galaxienhaufen . 239
6.2.8 Galaxiengruppen . 240
6.2.9 Die Morphologie-Dichte-Relation . 241
6.3 Röntgenstrahlung von Galaxienhaufen . 243
6.3.1 Allgemeine Eigenschaften der Röntgenstrahlung . 244
6.3.2 Modelle der Röntgenemission . 247
6.3.3 Cooling Flows . 249
6.3.4 Der Sunyaev-Zeldovich-Effekt . 253
6.3.5 Röntgenkataloge von Haufen . 255
6.4 Skalierungsrelationen von Galaxienhaufen . 257
6.4.1 Masse-Temperatur-Beziehung . 257
6.4.2 Masse-Geschwindigkeitsdispersion-Beziehung . 259
6.4.3 Masse-Leuchtkraft-Beziehung . 259
6.4.4 Nah-Infrarot-Leuchtkraft als Massenindikator . 260
6.5 Galaxienhaufen als Gravitationslinsen . 261
6.5.1 Leuchtende Bögen (Ares) . 261
6.5.2 Der Schwache Linseneffekt . 265
6.6 Entwicklungseffekte . 271
7.1 Einleitung . 277
7.2 Gravitative Instabilität . 278
7.2.1 Überblick . 278
7.2.2 Lineare Störungstheorie . 279
7.3 Beschreibung der Dichtefluktuationen . 282
7.3.1 Korrelationsfunktionen . 283
7.3.2 Das Leistungsspektrum . 285
7.4 Entwicklung der Dichtefluktuationen . 285
7.4.1 Das anfängliche Leistungsspektrum . 285
7.4.2 Anwachsen der Dichtestörungen . 286
7.5 Nichtlineare Strukturbildung . 289
7.5.1 Modell des sphärischen Kollaps . 290
7.5.2 Anzahldichte von Halos Dunkler Materie . 291
7.5.3 Numerische Simulationen . 294
7.5.4 Profil von Halos Dunkler Materie . 299
7.5.5 Das Problem der Substruktur . 303
7.6 Pekuliargeschwindigkeiten . 306
7.7 Der Ursprung der Dichtefluktuationen . 308
8.1 Rotverschiebungssurveys von Galaxien . 312
8.1.1 Einleitung. 312
8.1.2 Rotverschiebungssurveys . 312
Inhaltsverzeichnis
XIV
9. Das Universum
bei hoher
Rotverschiebung
8.1.3 Bestimmung des Leistungsspektrums . 315
8.1.4 Einfluss von Pekuliargeschwindigkeiten . 318
8.1.5 Winkelkorrelationen von Galaxien . 320
8.1.6 Kosmische Pekuliargeschwindigkeiten . 321
8.2 Kosmologische Parameter aus Galaxienhaufen . 323
8.2.1 Anzahldichte . 323
8.2.2 Masse-zu-Leuchtkraft-Verhältnis . 324
8.2.3 Baryonenanteil . 325
8.2.4 Die LSS der Galaxienhaufen . 325
8.3 Supernovae hoher Rotverschiebung
und die kosmologische Konstante . 326
8.3.1 Sind SNIa Standardkerzen?. 326
8.3.2 Beobachtungen von SN Ia bei hohen Rotverschiebungen . 327
8.3.3 Resultate . 328
8.3.4 Diskussion . 329
8.4 Kosmische Scherung . 331
8.5 Ursprung des Lymana-Waldes . 333
8.5.1 Das homogene intergalaktische Medium . 333
8.5.2 Phänomenologie des Lya-Waldes . 334
8.5.3 Modelle des Lya-Waldes . 335
8.5.4 Der Lya-Wald als kosmologisches Werkzeug . 337
8.6 Winkelfluktuationen des CMB . 338
8.6.1 Ursprung der Anisotropie: Überblick . 338
8.6.2 Beschreibung der CMB-Anisotropie. 340
8.6.3 Das Fluktuationsspektrum . 341
8.6.4 Beobachtungen der CMB-Anisotropie. 344
8.6.5 WMAP: Präzisionsmessungen der CMB-Anisotropie . 347
8.7 Kosmologische Parameter . 351
8.7.1 Kosmologische Parameter mit WMAP . 351
8.7.2 Kosmische Harmonie . 354
9.1 Galaxien bei hoher Rotverschiebung . 358
9.1.1 Lyman-Break-Galaxien (LBGs) . 358
9.1.2 Photometrische Rotverschiebungen . 362
9.1.3 Hubble Deep Field(s) . 364
9.1.4 Natürliche Teleskope . 366
9.2 Neue Typen von Galaxien . 369
9.2.1 Starburst-Galaxien . 369
9.2.2 Extremely Red Objects (EROs) . 371
9.2.3 Submillimeter-Quellen: Blick durch dicken Staub . 374
9.3 Hintergrundstrahlung bei kleineren Wellenlängen . 376
9.3.1 Der IR-Hintergrund . 377
9.3.2 Der Röntgenhintergrund . 378
Inhaltsverzeichnis
XV
9.4 Die Reionisation des Universums . 379
9.4.1 Die ersten Sterne . 380
9.4.2 Der Reionisationsprozess . 382
9.5 Die kosmische Geschichte der Sternentstehung . 384
9.5.1 Indikatoren für Sternentstehung . 384
9.5.2 Rotverschiebungsabhängigkeit der Sternentstehung:
Das Madau-Diagramm . 386
9.6 Galaxienentstehung und Entwicklung . 387
9.6.1 Erwartungen aus der Strukturbildung . 387
9.6.2 Die Bildung von Ellipsen . 388
9.6.3 Semi-analytische Modelle . 391
9.7 Gamma-Ray Bursts . 396
io. Ausblicke .401
Anhang
A. Das elektromagnetische A.l Die Größen des Strahlungsfeldes . 411
° A.2 Strahlungstransport . 411
A.3 Schwarzkörper-Strahlung. 412
A.4 Das Magnitudensystem . 414
A.4.1 Scheinbare Helligkeit . 414
A.4.2 Filter und Farben . 414
A.4.3 Absolute Helligkeit . 416
A.4.4 Bolometrische Größen . 416
B. Eigenschaften B.l Zustandsgrößen der Sterne . 419
von Sternen ß 2 spektraiuasse, Leuchtkraftklasse
und das Hertzsprung-Russell-Diagramm . 419
B.3 Struktur und Entwicklung von Sternen. 421
C. Einheiten und Konstanten .425
D. Literaturempfehlungen D.l Allgemeine Lehrbücher 427
D.2 Speziellere Literatur . 427
D.3 Übersichtsartikel, Aktuelle Literatur und Journale . 428
E. Benutzte Akronyme .43'
F. Quellennachweis der Abbildungen .435
Sachverzeichnis .447 |
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