Table Of ContentRoger J. Tayler
Galaxien
Aufbau und Entwicklung
Spektrum der Astronomie
C. Payne-Gaposchkin, Sterne und Sternhaufen
R. J. Tayler, Sterne. Aufbau und Entwicklung
R. J. Tayler, Galaxien. Aufbau und Entwicklung
Beratendes Komitee Herausgeber dieses Bandes
Prof. Dr. Michael Grewing, Tübingen Prof. Dr. Michael Grewing, Tübingen
Prof. Dr. Rudolf Kippenhahn, München
Dr. Hans Michael Maitzen, Wien
Prof. Dr. Karl Rakos, Wien
Prof. Dr. Roman U. Sexl, Wien
Dr. Werner W. Weiss, Wien
J.
Roger Tayler
Galaxien
Aufbau und Entwicklung
Mit 84 Bildern und 9 Tabellen
Übersetzt von Michael Grewing
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Dieses Buch ist die deutsche übersetzung von
R. ]. Tayler
Galaxies: Structure and Evolution
© R. J. Tayler 1978
First published by Wykeham Publications Ltd., London 1978
Roger]. Tayler ist Professor für Astronomie an der University of Sussex,
Großbritannien.
Das Umschlagbild zeigt die Galaxie NGC 4565 im Sternbild "Haar der
Berenice" .
1986
Alle Rechte vorbehalten
© Springer Fachmedien Wiesbaden 1986
Ursprünglich erschienen bei Friedr. Vieweg & Sohn Braunschweig/Weisbaden 1986
Die Vervielfältigung und Übertragung einzelner Textabschnitte, Zeichnungen oder
Bilder, auch für Zwecke der Unterrichtsgestaltung, gestattet das Urheberrecht nur,
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werden. Das gilt für die Vervielfältigung durch alle Verfahren einschließlich Speiche
rung und jede Übertragung auf Papier, Transparente, Filme, Bänder, Platten und
andere Medien.
Umschlaggestaltung: Horst Dieter Bürkle, Darmstadt
Satz: Vieweg, Braunschweig
ISBN 978-3-663-01905-3 ISBN 978-3-663-01904-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-01904-6
Inhaltsverzeichnis
Vorwort VI
Vorwort zur deutschen übersetzung ....................... VII
Zusammenstellung wichtiger Symbole und Größen ............ VIII
1 Einführung 1
2 Beobachtungen unserer Milchstraße 24
3 Die Eigenschaften anderer Galaxien 60
4 Stellardynamik ..................................... 97
5 Die Massen der Galaxien 116
6 Das interstellare Medium 137
7 Die chemische Entwicklung von Galaxien ................. 160
8 Galaxien und das Universum 187
9 Abschließende Bemerkungen 207
Anhang 1 Ursachen für die Unterschiede in den Sternspektren ... 212
Anhang 2 Die Gleichung für die Geschwindigkeitsverteilungs-
funktion .................................... 215
Anhang 3 Das Virial-Theorem ............................ 222
Anhang 4 Das Gravitationsfeld in der Umgebung von sphärischen
und sphäroidischen Massen ...................... 226
Weiterführende Literatur ................................ 228
Sachwortverzeichnis ................................... 229
Votworl
In den letzten Jahren hat sich das Hauptinteresse der Astronomen von
den Sternen zu den Galaxien verlagert. Zum Teil liegt das daran, daß
man glaubt, die Eigenschaften der Sterne im wesentlichen verstanden zu
haben, zum Teil liegt es daran, daß die Entwicklung neuer Teleskope
und Zusatzgeräte die Untersuchung einer größeren Zahl vor allem auch
schwächerer Galaxien möglich macht. Tatsächlich ist die Frage nach
dem Aufbau und der Entwicklung von Galaxien ein Zentralthema der
Astronomie. In einer typischen Galaxie gibt es etwa so viele Sterne wie
es Galaxien im beobachtbaren Teil des Universums gibt, und wenn wir
uns mit den Galaxien beschäftigen, dann müssen wir uns sowohl mit
dem Aufbau und der Entwicklung von Sternen als auch mit Fragen der
Kosmologie befassen.
In diesem Buch beschreiben wir in allgemeinverständlicher Weise, was
über die heutige Struktur der Galaxien und über ihre Entwicklung
in der Vergangenheit bekannt ist. Zusätzlich machen wir einige An
merkungen zur künftigen Entwicklung der Galaxien. Die ins Einzelne
gehende Diskussion bezieht sich vor allem auf unsere eigene Galaxie.
Trotz unseres Bemühens, die Sachverhalte wenn irgend möglich in
exakter Form darzustellen, wird deutlich werden, daß die Grundvor
stellungen zwar als gesichert gelten dürfen, daß bei Einzelfragen aber
immer noch erhebliche Unsicherheiten bestehen. Insbesondere ist in
jüngster Zeit deutlich geworden, daß weder die Ausdehnung noch die
Massen der Galaxien als völlig bekannt angesehen werden dürfen. Aus
diesem Grunde werden wir in diesem Buch nur an wenigen Stellen kon
krete Zahlenwerte für die die Galaxien charakterisierenden Größen an
geben. Dabei wird dann zusätzlich der Schwankungsbereich genannt, in
dem die jeweiligen Werte variieren können.
Es ist völlig unmöglich, in einem Buch dieses Umfangs, das sich mit
einem so komplexen Thema beschäftigt, jeden einzelnen Beitrag zum
Fortschritt unseres Verständnisses hervorzuheben, oder alle diejenigen
ausdrücklich zu erwähnen, von denen ich gelernt und Daten und Fakten
Vorwort VII
übernommen habe. Mein eigenes Interesse für Galaxien ist vor allem in
Diskussionen mit Donald Lynden-Bell, Bernard Pagel und Martin Rees
geweckt worden.
Ich will meinen Dank gegenüber Douglas Meyer bekunden, der wiederum
die Diagramme gezeichnet hat, und gegenüber Frau Peggy Nixon für
das sorgfältige Schreiben des Manuskripts. Ebenso bin ich wiederum
meinem Mitarbeiter Alan Everest zu Dank verpflichtet, der zahlreiche
Vorschläge zum Text gemacht hat.
Ich widme dieses Buch in Respekt und Bewunderung Herrn Professor
Jan H. Oort, der nun schon seit über 50 Jahren fundamentale Beiträge
zur Aufklärung der galaktischen Struktur geliefert hat.
Lewes, im Februar 1978 R.]. Tayler
Vorwort zur deutschen übersetzung
Obgleich zu den in diesem Buch behandelten Themen in den letzten
6 Jahren eine Fülle von Einzelarbeiten in der Literatur erschienen sind,
wurde davon abgesehen, den Text im Rahmen der übersetzung zu über
arbeiten, weil die Diskussion einzelner hier behandelter Fragestellungen
in vollem Gange ist und gesicherte Endergebnisse noch keineswegs vor
liegen. Es würde aber der Absicht dieses Buches, das eine allgemein
verständliche Einführung in die Thematik geben will, widersprechen,
wenn neuere, zum Teil kontroverse Einzelarbeiten besonders hervor
gehoben würden. Der einzige größere Eingriff in die Textgestaltung, der
vorgenommen wurde, betrifft das Kapitel4 "Stellardynamik", das
geteilt wurde und sich jetzt teilweise im Anhang 2 befindet. Ferner
wurde ein Teil der Abbildungen überarbeitet bzw. neu gestaltet.
Tübingen, im Mai 1985 M. Grewing
Zusammenstellung wichtiger Symbole und Größen
Verzeichnis wichtiger Symbole
A,B Oortsche Konstanten der galaktischen Rotation
A Querschnitt einer magnetischen Flußröhre
B Magnetische Induktion
Bi (zur Bewegung eines Teilchens) senkrechte Kompo
nente der magnetischen Induktion
B (T) Planck-Funktion
v
d Abstand eines Sterns vom Ursprung des lokalen Ruh
systems (LSR)
Abstand zwischen zwei Sternen zum Zeitpunkt
größter Annäherung
e Exzentrizität eines Sphäroids (in Modellen der
galaktischen Massenverteilung)
E, SO, S, SB, Irr Typenbezeichnung für Galaxien
E Energiedichte der Kosmischen Primärstrahlung
CR
EN Nuklearer Energievorrat eines Sterns
[ Massenverteilungsfunktion
[(M) ursprüngliche Massenfunktion (engl. "initial mass
function", IMF)
F Verteilungsfunktion für Teilchen
gr:;;,gz Komponenten des galaktischen Gravitationsfeldes
H Hubble Konstante
I, 11 ••• Is Integrale der Bewegung eines Sterns
elektrische Stromdichte
J
I galaktische Länge, mittlere freie Weglänge
L Leuchtkraft (z. B. einer Galaxie), Skalenlänge 1m
galaktischen Magnetfeld
Leuchtkraft eines Sterns
Teilchenmasse
Masse (u. a. Masse einer Galaxie)
Masse neutralen Wasserstoffs
Punktrnasse, Masse eines Sphäroids in einem galak
tischen Massenmodell
Zusammenstellung wichtiger Symbole und Größen IX
Ms Masse eines Sterns
Mv visuelle Helligkeit
n Anzahldichte
OBAFGKMRNS Spektraltypen der Sterne
p Ausbeute an schweren Elementen (in Kernprozessen)
P,Pe; Periode, Periode der epizyklischen Bewegung
PGas, PeR, PMag Gasdruck, Druck der kosmischen Primärstrahlung,
Magnetfelddruck
P Strahlungsdruck
rnd
qo Beschleunigungsparameter
r Abstand in sphärischen Polar koordinaten
r, R Radius (allgemein)
rs Radius eines Sterns
R,Ro Skalenfaktor im Universum, sein heutiger Wert
Ro Abstand der Sonne vom galaktischen Zentrum
Rsm Schwarzschild -Radius
5 in Sternen steckende Masse
t Zeit
tH Hubble-Zeit
tms Hauptreihen-Lebenszeit emes Sterns (engl. "mam
sequence")
Temperatur; kinetische Energie
effektive Temperatur, Oberflächentemperatur emes
Sterns
u, v, W Geschwindigkeitskomponenten eines Sterns relativ
zur Sonne
u, v, W mittlere Geschwindigkeitskomponenten von Sternen
Geschwindigkeitskomponenten der Sonnenbewegung
U0, V0, Wo
v Geschwindigkeit (allgemein)
galaktische Rotationsgeschwindigkeit
Vcirc
Vesc Entweichgeschwindigkeit
Geschwindigkeit des Gases
VGas
Radial- bzw. Tangentialgeschwindigkeit eines Sterns
VR,VT
Ve;, Vrp, Vz Geschwindigkeitskomponenten in Zylinderkoordina
ten
VrpQ Geschwindigkeit des Ursprungs des lokalen Bezugs
systems (LSR)
x, y, Z karthesische Koordinaten
Z Rotverschiebung
x
Zusammenstellung wichtiger Symbole und Größen
Z, ZI Massenanteil der schweren Elemente, gegenwärtiger
Wert
große Halbachse eines Späroids in galakt. Massen
modell, Massenanteil in ,toten' Sternen
elektrischer Widerstand
Epizyklenfrequenz
in schwere Elemente umgewandelter und ausge
worfener Bruchteil der Masse eines Sterns, Wellenlänge
A Halbwertsdicke der galaktischen Scheibe
11 Eigenbewegung eines Sterns
11,111 Massenanteil des Gases in einer Galaxie, gegenwärtiger
Wert
Auslenkung eines Sterns bezogen auf eine reine Kreis
bahnbewegung
W, ifJ,z Zylinderkoordinaten
P Dichte
Po kritische Dichte, bei der das Weltall abgeschlossen wäre
mittlere Dichte
Pgal
PGas, PeR, PSterne Gasdichte, Dichte der Kosmischen Primärstrahlung,
Sterndichte
a Masse des Gases pro Flächeneinheit in der galaktischen
Scheibe
in Sternen gebundene (auskondensierte) Masse
Stoßzeit
Abklingzeit (Zerfallszeit) eines Magnetfeldes
Gravitationspotential
Winkelgeschwindigkeit
Winkelgeschwindigkeit der galaktischen Rotation, am
Ort der Sonne
Spiralarmfrequenz
Gravitationsenergie
Quotient aus der Dichte des Weltalls und der kritischen
Dichte
Energie eines Elektrons der Kosmischen Primärstrah
tff, tfftot
lung, gesamte in diesen Elektronen gespeicherte
Energie
Angesichts der großen Zahl der benötigten Symbole und des Wunsches,
übliche Standardbezeichnungen auch hier zu verwenden, werden einige
Symbole mehrfach, mit unterschiedlicher Bedeutung benutzt. Die je
weilige Bedeutung ergibt sich aus dem Zusammenhang.
