GKAstroII Fragen Eingangstest

Richtig: Eine E5 Galaxie erscheint ungefähr als Ellipse mit einem Achsenverhältnis 2:1

Richtig: Eine E0 Galaxie erscheint kreisrund, könnte aber auch ein intrinsisch stark abgeflachtes axialsymmetrisches System sein, das von “oben” gesehen wird

Richtig: Entlang der Sequenz Sa-Sb-Sc nimmt die Bedeutung der Bulge-Komponente zugunsten der Scheibe ab, und ab Typ Sc/Sd gar keine Bulge mehr, also reine Scheibengalaxie

Falsch: Sa Galaxien und Sc Galaxien unterscheiden sich hauptsächlich von dem Blickwinkel

Bemerkungen:

• Spiralgalxien

  • mit Balken sind Typ SB

  • ohne Balken sind Typ S

  • Untertypen (a-b-c) drückt vor allem Wikrungsdichte der Spiralarme aus

  • sind in erste Näherung axialsymmetrisch

• Elliptische Galaxien

  • Grundtyp E

  • Ziffer k stellt Verhältnis von den Halbachsen a und b da (k=10(1-b/a))

  • Annahme als axialsymmetrische Ellipsoide

• Linsenförmigen Galaxien

  • Klasse S0

  • Zwischen E und S Galaxien

• Inklinations- oder Blickwinkel können erheblichen EInfluss auf Erscheinungsbild der Galaxien haben, also können identische Galxien alleine durch Projektionseffekte sehr anders erscheinen

  • so kann eben E0 von oben betrachtet ein E6 oder E7 Typ beschreiben

• Bei Balken- und Spiralgalaxien spielt Blickwinkel keine Rolle

• Spiralarme sind nur Merkmal einer dünnen sich rotierenden Scheibe

  • also Typ S eigentlich eher eine Scheibengalaxie

• viele S-Galaxien besitzen auch eine zentrale Auswölbung (Bulge)

• 50-70% aller S-Galaxien besitzen auch einen Balken

• Scheiben und Bulgenkomponenten sind charakteristsich für Galaxien im oberen Bereich von d, L, und M

Richtig: Das Hubble-Schema ist auf Zwerggalaxien nicht anwendbar

Richitg: Der Hubble Typ einer Galaxie kann sich im Laufe der Zeit ändern

Falsch: SB-Galaxien sind Scheibengalaxien mit eingebetteten Ellipsen

Falsch: Elliptische Galaxien entwisckeln sich im Laufe der Zeit zu Spiralgalaxien

Bemerkungen:

• Hubble Schema ist eine visuelle Klassifikation von Galaxien

• Eine weitere Schwierigkeit für Galaxienklassifikation ist die Abhängigkeit des Erscheinungsbildes vom Wellenlängenbereich der Beobachtung

  • im sichtabaren und angrenzenden Bereich dominiert Strahlung der Sterne in den Galaxien

    • je nach Alterverteilung kann es bei Beobachtungen bei unterschiedlichen Wellenlängen diverse Unterschiede geben

  • in anderen Spektralbereichen und Emissionslinien sieht man verschiedene Phasen des ISM

• Grund für Abweichungen von strikt regulären Formen

  • WW mit Nachbargalaxien

  • Verschmelzung zweier Systeme

  • interne Vorgänge, z.B. Instabilitäten

• Zwerggalaxien lassen sich in zwei Kategorien einteilen

  • sphäroidale (Sph und dSph)

    • sehr gasarm und keine Sternentstehung

    • eher alte Sterne aber trotzdem breietere Altersverteilung

    • geringere Metallizitäten als in galaktischen Scheibe

    • große Diskrepanz zwischen stellaren Massen (bestimmt aus Sternlicht) und den extrem hohen dynamischen Massen (bestimmt durch Bewegung der Sterne), liefert evtl Hinweis auf großen Anteil an dunkler Materie

  • Irreguläre (Irr oder dIrr)

  • Zwerggalaxien sind Galaxien mit Leuchtkraft von deutlich weniger als 10% der der Milchstraße

Richtig: RR Lyrae (Spektraltyp A) Veränderliche

Richtig: Überriesen von Spektraltyp B

Bemerkung: Nur all pulsierende veränderlichen Sterne, für welche eine periodische Leuchtkraft Relation gilt, sind als Standardkerzen geeignet.

• sind Objekete bei denen man aus direkt messbaren Eigenschaften auf absolute Helligkeit bzw. Leuchkraft schließen kann und in Kombination mit gemessenen Strahlungsstrom die Entfernung ableiten kann

• gut geeignet sind pulsierende Veränderliche im Instabilitätsstreifen des HRD (besondere Verhältnisse im Sterneninneren, kleine radiale Störungen schaukeln sich zu großen Schwankungen auf)

• leuchtkräftige Cepheiden (Spektraltyp F-G), welche aber aufgrund der hohen Massen sind

• RR Lyrae Veränderliche sind zahlreicher aber weniger leuchtkräftig und dienen vor allem zur Entfernungsbestimmung von Kugelsternhaufen, weil sie dort oft gefunden werden

• Veränderliche Sterne zeigen zeitlich schnelle umd starke Helligkeitsschwankungen

• Schätzung der Entfernung

  • Einordnung im HRD: Veränderliche

    • Vergleich mit Entwicklungsmodellen, wo man dann aber Alter des Sterns benötigt

    • mit Farbe und Teff lässt sich dann Entwicklungsweg herausfinden und dann kann L berechnet werden

  • Spektroskopie: O,B,A Überriesen

  • FHD: Rote Riesen

    • Sterne einer bestimmten Entwicklungsphase als kollektive Standardkerzen

  • Leuchtkraftfunktion: Planetarischer Nebel und Kugelsternhaufen

    • weisen universal gültige Verteilungg ihrer L auf

    • für gegebene Galaxie kann dann aus der Verteilung der scheinbaren Helligkeit dieser Objekte die Entfernung bestimmt werden

  • Lichtkurven: KKSN und TNSN

    • TNSN haben eine sehr hohe und wohldefinierte Leuchtkraft

  • bei großen Entfernungen nimmt man Beziehungen wie die Tully-Fisher Beziehung

    • für leuchtkräftige S Galaxien gilt: L prop zu v_rot ^4

Richtig: Aufgrund der Pekuliarbewegung von Galaxien gilt die Hubble Lemaitre Bezieung nur als Approximation

Richtig: Der Kehrwert des Hubble Parameters hat die Dimension einer Zeit

Falsch: Die Fluchtbewegung von Galaxien zeigt an, dass wir uns im Zentrum des Universums befinden

Falsch: Galaxien bei Rotverschiebung entfernen sich von uns mit Überlichtgeschwindigkeit.

Bemerkungen:

• für Entfernungsbestimmung durch Hubble Expansion wird nur eine Messgröße benötigt, die Rotverschiebung z=delata_lambda/lamba und dann aus der Radialgeschwidigkeit folgt dann v_rad=c*z/H0=d

• Problem dabei ist dass die von Hubble entdekte Expansion erst bei hinreichend großend Entfernungen gilt

• Rotverschiebung misst immer eine Kombination aus Hubble-Expansion und Pekuliargeschwindigkeiten

• lokal kommt es nämlich zusätzlich zu Überlagerungen von Anziehungskräfte von Nachbargalaxien oder Galaxiehaufen, die ebenfalls Geschwindigkeitsfelder erzeugen

• Hubble Propotionalität gilt also nur für H0d>>|v_pek|, also Radialkomponente der Pekuliargeschwindigkeit einer Galaxie relativ zu ihrer Umbegung

• Wenn eine direkte Entfernungsbestimmung für eine Galaxie vorliegt (was meistens nur bei geringen Entfernungen mögliich ist), dann kann v_pek von der z getrennt werden

• Pekuliatbewegung bezeichnet Überlagerung von der angenährten Kreisbahn von Sternen in der galaktischen Scheibe um das Zentrum und betragsmäßig kleinere Geschwindigkeiten der Sterne, die in alle Richtungen zeigen

Trifft zu: Kugelsternhaufen sind massereicher als offene Sternhaufen (Erklärung warum)

Trifft zu: Offene Sternhaufen gibt es in der Milchstraße im wesentlichen nur in der Galaktischen Scheibe umd Kugelsternhaufen überwiegend im stellaren Halo (gibt es einen Grund dafür?)

Trifft nicht zu: Kugelsternhaufen sind rund, offene Sternhaufen erfüllen keine Symmetrien (ich glaube sie sind grob auch kugelförmig)

Trifft nicht zu: Offene Sternhaufen werdem durch dunkle Materie zusammengehalten, Kugelsternhaufen nicht

Bemerkungen:

• sind in sich gravitativ gebundene Subsysteme von Sternen mit einigen zig bis zu Millionen von Mitgliedern

• Sterne in einem Sternhaufe weisen sehr ähnliche Alter und chemische Zusammensezungen auf und sind sehr wahrscheinlich aus gleichem Ort aus einem einzigen interstellaren GAswolkenkomplex gebildet

• alle Sternhaufen leiden unter gravitattiven Stress

  • Gezeitenkräfte und andere WW

  • schwach gebundene Sterne im Außenbereich entkommen

  • nach und nach gehen Sterne in allgemeine Milchstraßenscheibe ein

• Kugelsternhaufen

  • Anzahldichte nimmt von außen nach innen stark zu

  • sind in der Milchstraße sehr alte Systeme

  • etwa 150 Kugelsternhaufen in der Milchstraße

  • nehmen nicht an der galakischen Rotation teil, sondern bewegen sich auf exentrischen ungeordneten Bahnen

• Offene Sternhaufen

  • locker gebaute Ansammlung von einigen Dutzend bis mehreren tausend Sternen

  • Dichteverteilung nimmt auch von außen nach innnen zu

  • in der Milchstraße sind die deutlich jünger als Kugelsternhaufen und es gibt um die 1000

  • 
    

Richtig: Die Milchstraße ist eine Scheibengalaxie

Richtig: Die Milchstraße ist eine Balkenspirale

Falsch: Die Sonne befindet sich nahe am Zentrum der

Milchstraße

Falsch: Die Masse der Milchstraße wird bestimmt durch das schwarze Loch im Zentrum

Bemerkung:

• Alle Spiralgalaxien sind Scheibengalaxien, aber nicht alle Scheibengalaxien sind Spiralgalaxien

• Das zentrale Schwarze Loch mach etwa 0.01% der stellaren Masse und 0.0004% der Gesamtmasse (inklusive dunkle Materie) aus

• Sonne befindet sich bei Aufsicht auf dem Orionarm unterhalb des galaktischen Zentrums

• Bulge in der Mitte der Milchstraße weist Ähnlichkeiten zu Balken-Komponente in anderen Galaxien auf, eindeutige Identität beider Komponenten noch nicht geklärt

• Scheibe, Balken und Bulge sind eingebettet in stellaren Halo mit geringer Dichte sowie einer noch erheblich weiter ausgedehnten Halo Dunkler Materie

  • stellarer Halo: Verteilung von Sternen um die scheibenförmige Grundstruktur der Milchstraße (Sterne hier sind sehr alt, haben subsolare Metallizitäten und elongierten Bahnen), hier befinden ich auch Kugelsternhaufen

0.4

Bemerkungen:

• Sonnenumgebung beschriebt eine Kugel von etwa 5-10pc Radius

• Sonnenumgebung enthält keine Sterne mit mehr als 10 Sonnenmassenn (O und B Sterne)

• Großteil sind M-Zwerge

• einige Weiße Zwerge und Braune Zwerge

• Keine Riesen und wenige Unterriesen

• Meisten Sterne sind auf der Hauptreige

• Spektraltyp K ist am häufigsten

Milchstraße

M 31

Große Megellansche Wolke

M 33

Bemerkungen:

• knapp 60 Satellitengalxien, hauptsächlich Typ dSph der Milchstraße sind bekannt

• GWM

  • ist Spiralgalaxie mit stark ausgeprägten Balken und etwas verformt durch Gezeitenwirkung durch Milchstraße und KMW

  • Sternentstehungsrate deutlich höher als bei Milchstraße

  • genaue Bewegung der GWM um Milchstraße nicht bekannt, aber Effekte der dynamischen Reibung bewirken, dass sich Bewegung der GMW gegenüber der Miclhstraße abbremst und wahrscheinlich wird sie irgendwann ganz von Milchstraße aufgenommen

  • aufgrund ihrer Nähe sind Messungen von Radial- und Transverslgeschwindigkeiten von individuellen Sternen möglich

• KMW

  • Irr

  • steht in starker gravitativen WW mit Milchstraße und GMW

• M31 also Andromeda Galaxie

  • wie Milchstraße eine Spiralgalaxie mit Massneverhältnis 1:1

• M33

  • eine Scd Galaxie

  • ausgeprägte Spiralstruktur

  • wahrscheinlich eher als Begleiter von M31 anzusehen analog zur GMW bei der Milchstraße

• Lokales Volumen

  • umfasst ungefähr Bereich mit Radius von 10Mpc

  • pragmatische Bezeichnung für einen Bereich, wo Galaxien aufgrund ihrer Nähe zu uns noch relatov gut zu untersuchen sind

  • man hat schon große Vielfalt an Galaxien

In den inneren Bereichen von Kugelsternhaufen

Im Galaktischen Zentrum (warum?)

Bemerkungen:

• Zweikörper Relaxatation bezeichnet Prozess der Umverteilung von Ekin durch schwache Stöße

• Zeitdauer für diesen Prozes wird mit delta_t_relax angegeben

• Relexatationszeitskala erlaubt Beurteilung des dynamischen Zustandes eines Vielteilchensystems

  • wenn sie kleiner ist als Alter des Systems, dann sielt Anfangsstruktur keine Rolle mehr, weil es durch die Vielzahl an schwacher Stöße komplett aufgemischt und randominisiert hat

  • das ist der Fall bei Kugelsternhaufen, weil diese sehr alt und dicht

• Bei losen offenen und jüngeren Sternhaufen ist Struktur noch strk durch Anfangsstruktur geprägt

• Im galaktischen Zentrum ist Dichte sehr hoch und Sterne sehr alt, weswegen davon auszugehen ist, dass t_relax deutlich kleiner ist als das Alter des Systems und somit die Zweikörper Relaxatation primär die heutige Struktur prägt

EInmal alle 10^5 Jahre (Was ist schwacher und was ist starker Stoß?)

Bemerkung:

• gravitative Stöße passiern, wenn sich zwei Sterne si nahe kommen, dass ein merklicher Übertrag von Impuls und Ekin stattfindet

• starker Stoß: bei größter Annäherung zwsichen zwei Sternen ist die Änderung von Epot von Stern 1 bezüglich Stern 2 mindestens gliech der anfänglichen Ekin ist

• Je langsamer die Relativgeschwindigkeiten der Sterne, desto kleiner die Wahrscheinlichkeit, dass sie interargieren, also ein Stoß passiert.

• starker Stoß auch abhängig von Anzahldichte

• im geringerem Mae wird bei jeder Begegnung Impuls von einen Stern auf den anderen Übertragen (schwacher Stoß), was sich dann als Winkeländerung der Bewegungsrichtung beider Stoßpartner äußert

Richtig: Die Sterne bewegen sich auf Bahnen, die primär durch das glatte Haufenpotential bestimmt werden

Richtig: Sternenhaufen verlieren nach und nach Sterne im Gezeitenfeld der Muttergalaxie

Falsch: Die Sterne bewegen sich um Kepplerbahnen um den Schwerpunkt des Haufenzentrums (warum ist das nicht möglich?)

Falsch: Ein Sternhaufen muss als ganzes rotieren, um stabil zu bleiben

Die Frequenz wird bei wachsendem Radius kleiner

Bemerkung: weil rho ist proportional zu e^-r und phi eff = phi + (lz/m)^2 1/2r) und daher hängt die vertikale Oszillation nur von der Dichte ab und die Dichte hängt nur von dem Radius ab

Die Winkelgeschwindigkeit der Sonne in ihrer Bahn

Der Gradient der Rotationsgeschwindigkeit der Milchstraße beim Bahnradius der Sonne

Erforderlich: Axialsymmetrie der Massenverteilung

Erforderlich: Spiegelsymmetrie zwischen “oben” und “unten relativ zur Mittelebene

Erforderlich: Abweichungen von der Kreisbahn sind klein im Vergleich zum Bahnradius

Nicht erforderlich: Konstanz der Rotationsgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Bahnradius

(was ist eine Störungsrechnung erster Ordnung?)

Konzentrsiche Kreisbahnen mit konstanter Winkelgeschwindigkeit, also quasi starre Rotation

Kann man nicht so allgemein sages, es hängt von mehreren Parametern ab

Bemerkung: Weil wir betrachten hier die partielle Differentialgleichung delta2 phi eff/ delta r 2

Richtig: Die eingeschlossene Masse bei einer isothermen Sphäre ist proportional zum Radius

Richtig: DIe Kreisbahngeschwindigkeit im Potential einer isothermen Sphäre ist unabghängig vom Radius

Falsch: Die Dichte nimmt umgekehrt zur dritten Potenz des Radius ab

Falsch: Die Massendichte in der Zentralregion einer isothermen Sphäre ist annähernd konstant

(Formeln hinschreiebem)

Offene Rosettenbahn

Bemerkung: Wir haben keine zentrale Masse, wie es bei dem Sonnesystem der Fall ist, sondern eine jomogene Massenverteilung

Der Abbruch zeigt die typische Dicke galaktischer Scheiben an.

(Warum ist dort dieser Abbruch)

Richtig: Man braucht (mindestens) zwei Sersic-Komponenten, mit n ≈ 1 für die äußere Scheibe und n > 1 für den Bulge.

Bemerkungen:

• Galaxien sind hochgradig transparent und wären ohne interstellaren Staub und die dadurch verursachte Extinktion des Lichts eigentlich komplett durchsichtig

• projizierte Flächenhelligkeit F gibt sich aus Integral der Volumenemmissivität über die gesamte Sichtline, modifiziert durch die Extinktion

• radiale Verlauf der Flächenhelligkeit F(r) nennt man Flächenhelligkeitsprofil

  • es wird ein azimutal gemitteltes Profil aufgestellt aus einer Sequenz von Isophoten von innen nach außen

• kann für meisten Galaxien noch recht gut mit Sersic Formel wiedergegeben werden

  • Sersic-Index n beschreibt Form des Profils und kann jeden beliebigen Wert annehmen

  • für n=1 geht Formel in ein einfaches Exponentgesetz über, was für die Scheibenkomponente vieler Spiralgalaxien sehr gut passt

  • Elliptische Galaxien aber auch für Bulge, ist n>1, das Licht ist im Zentrum stärker konzentrirt und fällt dafür nach außen hin langsamer ab aös bei einem Exponentialprofil

• Isophoten sind Linien gleicher Flächenhelligkeit, meist geschlossene Kurven um das Galaxiezentrum

• wichtige Eigenschaft der Flächenhelligkeit bei Galaxien

  • F ist im Prinzip unabhängig von d

  • weil Gesamtstrahlungsstrom, sowie Raumwinkel, über den sich Strahlung verteilt mit d^-2 varriert und sich so herauskürzt

  • nur bei kosmologisch relevanten Distanzen gilt diese Konstanz von F aufgrund der Expansion nicht mehr

Richtig: Ein einzelner massereicher Hauptreihenstern kann heller sein als die ganze Galaxie.

Richtig: Ein einzelner Roter Riese kann heller sein als die ganze Galaxie.

Richtig: Die Abwesenheit leuchtkräftiger Sterne zeigt an, dass solche Galaxien überwiegend aus alten Sternen bestehen.

Falsch: Die Abwesenheit leuchtkräftiger Sterne zeigt an, dass solche Galaxien sehr geringe Massen haben.

Proportional zur Akkretionsrate

(Was ist die Fomel bzw. Relation)?

Richtig: Sterne in elliptischen Galaxien bewegen sich quasi stoßfrei auf komplexen offenen Bahnen.

Falsch: Sterne in elliptischen Galaxien bewegen sich auf angenäherten Ellipsenbahnen mit zufällig verteilten Bahnebenen.

Falsch: Sterne in elliptischen Galaxien vollführen häufige Fernstöße mit anderen Sternen und bewegen sich daher auf quasi zufälligen kurzen Bahnsegmenten.

Falsch: Die Abflachung einer elliptischen Galaxie hängt davon ob, wie schnell sie rotiert.

(Woher hängt die Abflachung ab?)

Bemerkung: Geschlossene Ellipsenbahnen sind in einer ausgedehnten Massenverteilung überhaupt nicht möglich.

Außerhalb eines Abstands von etwa 10 pc verspüren die Sterne den Einfluss nicht mehr.

-0.75 (Gib Formal am)

Ein massearmes Schwarzes Loch in einer entfernten massereichen Galaxie. (Warum?)

r_ESL ~ rho^(-1/3)

Bemerkung: r_ESL=GM_SL/v^2, also ist v^2=GM/r=G4/3Pi*rho*r^3/r

-> r_ESL=GM_SL/(G*4/3*Pi*rho*r^2_ESL

->r^3_ESL prop zu 1/rho = r_ESL prop zu rho^-1/3

Richtig: Die Umgebung dieser Schwarzen Löcher enthält nicht genug Gas zur Akkretion.

Richtig: Das Gas in der Umgebung hat einen zu hohen Drehimpuls und kann daher nicht akkretiert werden.

Falsch: Das Gas in der Umgebung ist zu kalt und kann daher nicht akkretiert werden.

Falsch: Die Gravitation des Schwarzen Lochs ist zu gering, um Materie akkretieren zu können.

Richitg: Quasare sind besonders leuchtkräftige AGN.

Richitg: Seyfert-Galaxien mit und ohne breite Spektrallinien unterscheiden sich primär durch den Blickwinkel, unter dem wir sie beobachten.

Falsch: Seyfert-Galaxien und Radiogalaxien unterscheiden sich primär durch den Blickwinkel, unter dem wir sie beobachten.

Falsch: Relativistische Ausflüsse (Jets) treten nur bei extrem leuchtkräftigen AGN auf.

Die Akkretion erfolgt hauptsächlich in einer Ebene, während der Strahlungsdruck weitgehend isotrop wirkt.

-nicht sphärische Akkretion

-bei massereichen schwarze Löcher

(Was ist die Eddington Bedingung)

Richtig: Sie beschreibt die statistische Verteilung von Zustandsenergien in einem thermodynamischen System.

Richitg: Sie besagt, dass die Häufigkeiten von Teilchenenergien exponentiell verteilt sind.

Falsch: Sie beschreibt die statistische Verteilung von Zustandsenergien in einem thermodynamischen System.

Falsch: Sie besagt, dass die Häufigkeiten von Teilchenenergien als Potenzgesetz beschreibbar sind.

Die Koexistenz von dichter kühler und heißer verdünnter Materie in ungefährem Druckgleichgewicht.

Richtig: Nahezu alle Elektronen in Atomen und Ionen befinden sich im Grundzustand.

Richtig: Das ISM verfügt über keinerlei eigene Energiequellen.

Falsch: Die Ionisation von interstellarem Gas erfolgt überwiegend durch Stöße mit anderen Gasteilchen.

Falsch: Die Energiedichte des Strahlungsfelds lässt sich näherungsweise durch die Planckfunktion beschreiben.

Richtig: Die Boltzmann-Verteilung

Richtig: Die Maxwell-Boltzmann-Verteilung

Richtig: Die Verteilung von Photonenenergien

Richtig: Die Verteilung über verschiedene Ionisationsstufen

Instabil, weil bei einer geringen Aufheizung die Kühlleistung sinkt und das Gas in Folge noch heißer wird.

Instabil, weil bei einer geringen Abkühlung die Kühlleistung steigt und das Gas in Folge noch kühler wird.

Richtig: Abstrahlung eines Photons nach vorheriger Stoßanregung durch Stöße

Richtig: Abstrahlung eines Photons nach der Rekombination eines Wasserstoffatoms

Falsch: Stöße zwischen Elektronen und Protonen

Falsch: Abstrahlung eines Photons nach vorheriger Strahlungsanregung

Energieübertrag von Photonen auf Atome und Ionen bei der Photoionisation

Thermalisierung der Energiedifferenz zwischen absorbierten Photonenenergien und Ionisationsenergien

Richtig: Der Begriff bezeichnet einen Übergang mit sehr geringer quantenmechanischer Wahrscheinlichkeit.

Richtig: Eine solche Spektrallinie erfordert eine Anregung durch einen inelastischen Stoß.

Richtig: Verbotene Linien können nur bei extrem niedrigen Stoßraten wie im ISM entstehen.

Falsch: Eine solche Spektrallinie entsteht beim Übergang von einem angeregten höheren auf ein niedrigeres metastabiles Niveau.

Die Umwandlung von mechanischer Energie der expandierenden Sternhülle in thermische Bewegung des Gases

Der negative Gradient der kosmischen Kühlfunktion bei hohen Temperaturen

Richtig: Die Schallgeschwindigkeit in einem idealen Gas hängt überwiegend von der Gastemperatur ab.

Richtig: Die Schallgeschwindigkeit in einem Gas aus Molekülen ist kleiner als in einem atomaren Gas, bei ansonsten gleichen Bedingungen und gleicher mittlerer Teilchenmasse.

Falsch: Die Schallgeschwindigkeit in einem idealen Gas hängt überwiegend von der Gasdichte ab.

Falsch: Die Schallgeschwindigkeit in einem reinen Wasserstoffgas ist kleiner als in einem Gasgemisch, das schwere Elemente enthält.

Durch Absorptionslinien der Lyman-Serie in Spektren von Hintergrundobjekten

Durch die 21-cm-Emissionslinie im Radiobereich

Schräg nach rechts unten (warum?)

0.1, weil Massenbruch des Staubes im ISM bei ca 10% liegt

(Was ist ein Massenbruch)

Richtig: Aus Akkretion intergalaktischer Materie

Richtig: Aus galaktischen Winden

Richtig: Aus gravitativen Wechselwirkungen mit Nachbargalaxien

Falsch: Aus der Verdampfung von Planetenatmosphären

Neutraler Wasserstoff

In der Atmosphäre des Sterns ist Eisen nur 0.1mal so häufig (relativ zum Wasserstoff) wie in der Sonnenatmosphäre.

Bemerkung: Im Kern ist die Elementhäufigkeit anders als in der Photospähre durch die Kernfusion und die Elementhäufigkeit in der Photosphähre hilft uns darauf zu schließen, wie die Elementhäufigkeit in der Wolke war aus dem der Stern entstanden ist.

Formel: [E/H]=log10(n_E_Stern/n_H_Stern)-log10(n_E_Sonne/n_H_Sonne)

Hauptreihensterne vom Spektraltyp O oder B

Rote Riesen

(Warum sind sie so selten?)

Richtig: Eine MF mit Exponent alpha = -1.5 enthält mehr massearme Sterne als eine MF mit alpha = -1.0

Richtig: Ein einzelnes Potenzgesetz kann niemals für alle denkbaren Massen gültig sein.

Falsch: Eine MF mit Exponent alpha = -2.5 enthält mehr massereiche Sterne als eine MF mit alpha = -2.0

Falsch: Ein Potenzgesetz gibt den Verlauf der Massenfunktion zwischen 0.1 und 100 Sonnenmassen sehr gut wieder

Bemerkungen:

• Phi(M)=Phi_0"*(M/M_Sonne)^alpha

  • Alpha gibt an wie steil det Abfall zu größeren Massen

• Massenfunktion ist eine statistische Verteilungsfunktion für Sternenmassen

• Problem: leuchtkräftige massenreiche Sterne sind sehr selten und deswegen muss großes Raumvolumen abgedeckt werden, aber in großen Entfernungen sind massearme leuchtschwache Sterne schwer oder gar nicht mehr beobachtbar

• man muss also untersuchte Raumvolumen je nach Sterntypen unterschiedlich ansetzen

• 
  

Weil die IMF auch kurzlebige massereiche Sterne enthält, die in der beobachteten Massenfunktion fehlen.

Die beobachtete Massenfunktion ist unvollständig am unteren Massenende, weil wir noch immer nicht alle massearmen Sterne in der Sonnenumgebung kennen.

Notwendig: Die IMF

Notwendig: Eine Isochrone mit den entsprechenden Alter und der entsprechenden Metallizität

Notwendig: Eine Bibliothek von Sternspekten für alle relevanten Spektraltypen

Nicht notwendig: Eine empirisch geeichte Masse-Radius-Beziehung für die Sterne des entsprechenden Alters.

Weil die massereichen heißen und daher blauen Sterne verschwunden sind.

Weil in einer alten Population die leuchtkräftigsten Sterne Rote Riesen sind, die das Gesamtspektrum dominieren.

G

Es handelt sich um eine Starburst-Galaxie deutlich oberhalb der Hauptreihe

(Was ist eine Starbust und was ist eine Hauptreihen Galaxie?)

Richtig: Das Gesetz ist eine direkte Konsequenz der gleichförmigen Expansion des Universums.

Richtig: Das Gesetz gilt an jedem Punkt des Universums.

Richtig: Das Gesetz gilt nur für Distanzen, bei denen gravitativ bedingte Bewegungen vernachlässigt werden können.

Falsch: Das Gesetz ist eine direkte Konsequenz des kosmologischen Prinzips.

(Was ist das Hubble Lemaitre Gesetz?)

Durch den Dopplereffekt aufgrund der Bewegung der Milchstraße relativ zum Ruhesystem des kosmischen Mikrowellenhintergrunds

Richtig:  Weil das Universum ein endliches Alter hat.

Falsch: Das Licht ferner Sterne und Galaxien erreicht uns nicht, weil es auf dem Weg von uns absorbiert wird.

Falsch: Weil alles Sternlicht aufgrund der kosmologischen Expansion immer weiter ins Infrarote verschoben wird.

Falsch: Der Nachthimmel ist überhaupt nicht dunkel.

Richtig: Die kritische Dichte ist vollständig gegeben durch durch die Expansionsrate des Universums.

Rcihtig: Wenn die tatsächliche Dichte gleich der kritischen Dichte ist, verlangsamt sich die Expansion des Universums.

Falsch: Ein Universum mit Dichte größer als die kritische Dichte würde kontrahieren, nicht expandieren.

Falsch: Wenn sich die Expansionsrate des Universums erhöht, dann reduziert sich die kritische Dichte.

Bemerkung: Ein Universum mit Dichte größer als die kritische Dichte würde an Ebde wieder kontrahieren.. Diese Theorie ist aber schon so gut wie ausgeschlossen durch Beobachtungen

Richtig: Die Homogenität des Universums lässt sich nur postulieren, aber nicht empirisch belegen.

Richtig: Die Fluktuationsamplituden des kosmischen Mikrowellenhintergrunds bestätigen das kosmologische Prinzip.

Falsch: Die Isotropie des Universums lässt sich nur postulieren, aber nicht empirisch belegen.

Falsch: Das kosmologische Prinzip gilt nur für das ganz frühe Universum.

(Was ist das kosmologische Prinzip?)

Omega_m,0 = 0, Omega_Lambda,0 = 0

d_theta = d_L/(1+z)^2

Bemerkung: Weil d_theta = d_m/(1+z) und

d_m= d_L/(1+z) und damit

d_theta = d_L/(1+z)^2

Die Galaxiendichte nimmt nicht wirklich ab, bei größeren Entfernungen sieht man aber nur die hellsten Galaxien.

0.781

Richtig: Nur ein sehr kleiner Bruchteil aller Galaxien befindet sich in einem Galaxienhaufen.

Richtig: Die Milchstraße gehört keinem Galaxienhaufen an.

Falsch: Galaxien gehören in der Regel zu Galaxienhaufen,und ein System vieler Haufen ergibt einen Superhaufen.

Falsch: Galaxienhaufen setzen sich aus Galaxiengruppen zusammen.

Richitg: Die Temperatur des Intra-Haufen-Gases ist in etwa proportional zur Masse des Haufens.

Richtig: Die Masse eines Galaxienhaufens ergibt sich in etwa aus dem Produkt von Radius und Temperatur des Intra-Haufen-Gases.

Richtig: Das Intra-Haufen-Gas befindet sich in guter Näherung im hydrostatischen Gleichgewicht.

Falsch: Die Geschwindigkeitsdispersion des Haufens ist in etwa proportional zur Masse des Haufens.

Bemerkung: M_Haufen=RGas*kb*T/(G*mu*mp)

Richtig: Die Anzahldichte von Galaxien nimmt mit steigender Leuchtkraft immer weiter ab.

Richtig: Die leuchtkäftigsten bekannten Galaxien haben eine Anzahldichte von nur etwa 1 System pro 10^6 Mpc^3.

Falsch: Die Milchstraße hat eine Leuchtkraft etwa im Mittelfeld von Galaxien allgemein.

Falsch: Die leuchtschwächsten bekannten Galaxien haben eine Anzahldichte von mehr als 1 System pro Mpc^3.

Richtig: Für L << L* geht die Formel in ein einfaches Potenzgesetz über.

Richtig: Der Exponent gamma muss größer als -2 sein, damit die resultierende Leuchtkraftdichte nicht unendlich groß wird.

Falsch: Für L >> L* geht die Formel in ein einfaches Potenzgesetz über.

Falsch: Der Exponent gamma muss kleiner als -2 sein, damit die resultierende Leuchtkraftdichte nicht unendlich groß wird.

Galaxien

Galaxienhaufen

Sterne als Mikro Gravitationslinseneffekt

Planeten als Sekundär-Verstärkungsereignis bei Mikrolinsen

Die kollektive Gravitationslinsen-Wirkung von Materie im Universum

Das Verzerrungsmuster von Galaxien aufgrund des schwachen Gravitationslinseneffekts

Die durch direkte Beobachtungen nachgewiesenen Baryonen reichen nicht aus für die kosmologisch bestimmte Baryonendichte im Universum.

Bemerkung: Wir kennen die kosmische Baryonendichte durch die Beobachtung des kosimischen Mikrowellenhintergrundes und der Rekronstruktion der primordialen Nukleosynthese. Dewesgen wissen wir das nur 17% der gravitierende Materie im Universum aus Baryonen besteht und davon sind 5% Sterne und 95% heißes Gas, der Rest ist vernachlässigbar

Gehört dazu: Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxienkerne

Gehört dazu: Hochionisiertes Plasma um Galaxien herum

Gehört nicht dazu: Neutrinos aus Supernovaexplosionen

Gehört nicht dazu: Von Sternen emitteirte Photonen

Weil sie relativistische Teilchen sind

Bemerkung: Neutrinos sind sehr zahlreich und wir kennen nicht die Ruhemasse von allen Gruppen von Neutrinos, aber wir wissen, dass sie sich mit relativistischen Geschwindgkeiten bewegen und sich somit nicht gerne “verklumpen”

60000000000, kann herausgefundne werden durch Annäherung von einer großen und kleinen Verhältnis von M_Stern/M_Haufen

Der Größe eines Filaments der Galaxienverteilung

Der Größe eines Leerraums in der Galaxienverteilung

Essentiell: Die Überdichte ist so gering, dass sie das Potential der großskaligen Massenverteilung nicht verändert.

Essentiell: Das Expansionsverhalten des Universums kann durch den Grenzfall eines materiedominierten Kosmos approximiert werden.

Nicht essentiell: Die Überdichte ist so gering, dass ihr Einfluss auf das Gravitationspotential als lineare Relation approximiert werden kann.

Nicht essentiell: Das Expansionsverhalten des Universums kann durch den Grenzfall eines strahlungsdominierten Kosmos approximiert werden.

a=1/(z+1)=0.051

Weil die Rotverschiebung eine Messgröße darstellt, die kosmische Zeit aber nicht.

Weil die Angabe einer kosmischen Zeit die Werte der kosmologischen Parameter erfordert, die Rotverschiebung aber nicht.

Trifft zu: Das Reservoir an verfügbarem Gas zur Umwandlung in Sterne erschöpft sich nach und nach.

Trifft zu: Die Akkretion von intergalaktischen Gas verlangsamt sich aufgrund der kosmischen Expansion.

Trifft zu: Feedback-Effekte innerhalb der Galaxien führen dazu, dass immer mehr Galaxien kaum noch Sterne bilden.

Trifft nicht zu: Es wird immer mehr Gas durch Supernova-Explosionen aus den Galaxien entfernt.

1.3

Der Wert von R in Gl. (14.4) könnte zu niedrig angesetzt sein.

Die beobachteten Sternentstehungsraten könnten aufgrund einer Überkorrektur für Staubextinktion systematisch zu hoch sein.

tau* gibt an, wie schnell sich das Gas in Sterne umwandelt.

Ein kleiner Wert für tau* bedeutet, dass sich der Gasvorrat des Systems schnell erschöpft.

Richtig: Sterne mit weniger als 0.5 Sonnenmassen tragen nicht bei, weil ihre Lebensdauern zu lang sind.

Richitg: Trotz der hohen Massenverlustraten durch Winde heißer Sterne tragen Hauptreihensterne kaum bei, weil nur die Atmosphären abströmen.

Falsch: Sterne mit weniger als 0.5 Sonnenmassen tragen nicht bei, weil ihre Massenverlustraten durch Sternwinde zu gering sind.

Falsch: Massereiche Hauptreihensterne sind zu kurzlebig, um nennenswert beizutragen.

Richtig: Radiale Migration

Richitg: Ausbildung einees Balkens

Falsch: Ausbildung von Spiralarmen

Falsch: Vergrößerung der Epizykel Amplituden

Richtig: Weil Galaxien Vielköpersysteme sind und keine Punktmassen.

Richtig: Weil Galaxien gravitative Energie aufnehmen bzw abgeben können.

Richitg: Weil die Durchmesser von Galaxien nicht um Größenordnungen kleiner sind als die Bahnradien der Satelliten

Falsch: Weil der innere Zusammenhalt von Galaxien stark durch Dunkle Materie bestimmt wird.

Bemerkung:

• in einer homogenen Massenverteilung, also im Potential einer ausgedehnten Masse gilt das 3. Keplersche Gesetz (v prop zur r^-1/2)

• nur wenn der Abstand zum Zentrum erheblich größer ist als die Größe des Systems kann man das gravitivierende System wieder als eine Punktmasse im Zentrum ansehen und das ust bei Satellitengalaxien nicht der Fall

Richitg: Satellit 2

Falsch: Die Abbremsung ist in beiden Fällen vernachlässigbar.

Falsch: Satellit 1

Falsch: Beide werden gleichstark abgebremst

Bemerkung: delta_v = 2G^2Mm/b^2*v^3

Rixhtig: Eine kurzzeitige starke Erhöhung der Sternentstehungsrate

Richitg: Akkretion auf das zentrale Schwarze Loch

Falsch: Die Verschmelzung einer Satellitengalaxie mit ihrem Zentralsystem

Falsch: Die Ausbildung eines galaktischen Balkens

Richtig: Der sukzessive Aufbau von Galaxien aus kleineren Vorgänger-Systemen

Falsch: Ein Anwachsen von kleinen Galaxien auf Kosten der größeren Systeme

Falsch: Das parallele Wachstum von wenigen großen und vielen ihnen untergeordneten kleinen Systemen

Falsch: Das Herausbilden der unterschiedlichen Größen von Systemen aus einem egalitären Anfangszustand

Richitg: Zu frühen kosmischen Zeiten war kalte Akkretion sehr viel verbreiteter als heute.

Richitg: Kalte Akkretion fördert die Ausbildung von sternbildenden galaktischen Scheiben.

Richtig: Heiße Akkretion findet überwiegend in massereichen Dunkle-Materie-Halos statt.

Falsch: Heiße Akkretion führt zum Verlust eines Großteils des zirkumgalaktischen Mediums eines Systems.

(Was ist der Unterschied zwischen kalter und heißer Akkretion)

Richitg: Das abrupte Ende der Sternentstehung in einer Galaxie

Falsch: Das kollektive Altern einer Sternpopulation

Faslch: Das Versiegen der Akkretion von Gas aus dem IGM

Faslch: Das Nachfüllen des Gasvorrats (Löschen des Dursts) einer sternbildenden Galaxie

Richtig: Die erste Generation von Sternen im Universum

Richitg: Sterne mit Metallizität Z=0

Falsch: Die letzte Generation von Sternen im Universum

Faslch: Sterne, in denen ausschließlich Kernfusion durch Wasserstoffbrennen abläuft.

Richitg: Die Reionisation setzte zuerst an den Orten ein, an denen die ersten Sterne entstanden.

Richitg: Der Verlauf der Reionisation wurde maßgeblich durch die Form der IMF beeinflusst.

Falsch: Nach Ende der Reionisation musste das ISM in Galaxien erst wieder abkühlen und neutral werden, um Sterne bilden zu können.

Falsch: Der Verlauf der Reionisation wurde maßgeblich durch Ausbildung der ersten Schwarzen Löcher beeinflusst.

Richtig: SNe eignen sich für die Kosmologie, weil sie Standardkerzen sind, die selbst bei Rotverschiebungen z>1 beobachtbar sind.

Richtig: Mit Supernova-Beobachtungen lässt sich vor allem die Relation zwischen Rotverschiebung und Leuchtkraftdistanz empirisch bestimmen.

Falsch: SNe eignen sich für die Kosmologie, weil man ihre Rotverschiebungen besonders präzise messen kann.

Falsch: Für die Kosmologie sind vor allem Kernkollaps-Supernovae relevant, nicht thermonukleare Supernovae.

Richtig: Die Materiedichte ist deutlich kleiner als die kritische Dichte, aber zusammen mit der Dunklen Energie ergibt sich eine Dichte nahe an der kritischen Dichte.

Richtig: Die kleinskalige Struktur des kosmischen Mikrowellenhintergrunds favorisiert ein flaches Universum.

Falsch: Die Massensumme aus baryonischer und Dunkler Materie ergibt in guter Näherung die kritische Dichte.

Falsch: Der heutige Expansionsrate des Universums ist am besten mit einem flachen Universum zu erklären.

Bemerkung: Die heutige Expansionsrate ist von allen Modellen gleich groß, also wird kein Modell favorisiert.

Richtig: Die Leuchtkraftdistanzen von Supernovae bei hohen z sind zu groß für ein Universum ohne Dunkle Energie.

Richtig: Da das Universum (nahezu) flach sein muss, Omega=1, Omega_m aber deutlich kleiner als 1 ist, kann der Fehlbetrag nur durch Dunkle Energie erklärt werden.

Falsch: Messungen des Hubble-Parameters bei hohen Rotverschiebungen zeigen, dass Dunkle Energie die Gesamtdichte dominiert.

Falsch: Die Existenz von Galaxien bei z>10 lässt sich nicht anders erklären.

Bemerkung: Bei hohen Rotverschiebungen wird dunkle Energie immer unwesentlicher.

Richtig: Die Energiedichte des frühen Universums war anfangs dominiert durch Strahlung, danach durch Materie.

Falsch: Die Energiedichte des frühen Universums war anfangs dominiert durch Dunkle Energie, danach durch Materie.

Falsch: Die Energiedichte des frühen Universums war anfangs dominiert durch Materie, danach durch Strahlung.

Falsch: Die Energiedichte des frühen Universums war anfangs dominiert durch Strahlung, danach durch Dunkle Energie.

Richtig: Kohlenstoff

Richtig: Sauerstoff

Falsch: Helium

Falsch: Lithium

Richtig: Die Temperatur des Universums fiel soweit, dass sich aus Protonen und Elektronen neutrale Wasserstoffatome bilden konnten.

Richtig: Die Tatsache, dass Photonen ab einem Zeitpunkt kaum noch an Materieteilchen streuten.

Richtig: Der kosmische Phasenübergang, der zur Entstehung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds führte.

Falsch: Die Materiedichte im Universum fiel soweit, dass die Strahlung dominierte.

Richtig: Die letzten Sterne mit Kernfusion werden Rote Zwerge mit knapp 0.1 Sonnenmassen auf der untersten Hauptreihe sein.

Richtig: Durch die kosmische Expansion werden nach und nach alle anderen Galaxien hinter dem Horizont verschwinden.

Richtig: Falls die Dunkle Energie die Form einer kosmologischen Konstante hat, wird das Universum irgendwann exponentiell expandieren.

Falsch: