Entfernungsmessung und Staub

magician4

Mitglied
Guten Abend zusammen,

da ich mich grad nochmal mit den Messungen usw. beschäftige welche zur aktuellen Auffassung eines sich beschleunigt ausdehnenden Universums geführt haben (Messung der Helligkeit von Supernova IA - Ereignissen in seeeehr weit entfernten Galaxien), eine Frage auf die ich bisher noch keine Antwort finden konnte:

- schlussendlich misst man ja Helligkeiten (daraus gibts dann die Distanz) und Rotverschiebung ( daraus die relative Fluchtgeschwindigkeit)
- seeehr weit entfernte Galaxien sind allerdings ja "junge" Galaxien ( i.S. des alters des Universums), und sollten daher meinem Verstaendnis nach auch eine hoehere Staubdichte haben (wenig ist erst zu z.b. Planeten kondensiert, die ersten Sonnen waren extreme Überriesen mit eintsprechend hohem Material-output, das Universum selbst war noch kleiner usw.)

--> VOR ( aus unsere heutigen Sicht in die Richtung) den beobachteten Ereignissen sollte also eine besonders dicke Staubschicht liegen (waehrend sie dann irgendwann , so bei Abstaenden in der Grössenordnung der 2., 3. Sterngenerationen) doch signifikant dünner ist ( = ich gehe davon aus, dass die Staubdichte im Universum auch nicht gleichmaessig abnimmt, sondern irgendwie am Anfang sehr stark, danach durchaus moderater)

wenn diese meine Überlegungen korrekt sind, dann müsste man die scheinbare Leuchtkraft besonders junger / weit entfernter IA - ereignisse besonders stark dahingehend korrigieren

... und ich frage mich nun: (a) sind meine Überlegungen Unsinn ? (b) falls nicht, wie - bzw. nach welchen Vorstellungen, Modellen usw. korrigieren die sowas ( denn wenns stimmt was ich mir so denke, dann sind die Astronomen bestimmt ja auch schon darauf gekommen) ?

danke schonmal für eure Antworten


Ingo
 

P_E_T_E_R

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Hallo Ingo, dass Licht auf seiner weiten Reise von weit entfernten Objekten zu uns durch Gas und Staub dezimiert wird, ist sehr real und die Korrektur solcher Effekte spielt auch eine wichtige Rolle bei der Aufarbeitung astronomischer Messdaten.

Der Fachausdruck dafür ist Extinktion bzw. Extinction im Englischen. Die Erklärungen bei Wikipedia vermitteln schon mal eine brauchbare Vorstellung von den Effekten und es gibt natürlich auch jede Menge an Fachliteratur zu dem Thema.

Der Effekt ist zunächst mal stark von der Wellenlänge des Lichts abhängig. Kurzwelliges Licht wird viel stärker absorbiert und gestreut als langwelliges Licht. Deshalb spricht man auch von "interstellar reddening". Im infraroten Spektralbereich und erst recht bei Radiowellen kann man die Staubzonen der Milchstraße und anderer Galaxien viel besser durchdringen als bei visuellen oder gar ultravioletten Wellenlängen.

Da sich der interstellare Staub vor allem in der Scheibe und im Zentrum der Milchstraße akkumuliert, ist die Extinktion dort natürlich besonders hoch, und ähnliches gilt auch für die sternbildenden Zonen in anderen Sternsystemen. Aber auch der intergalaktische Raum verschluckt auf großen Distanzen Licht.

Es gibt verschiedene Verfahren, wie man den Effekt der Extinktion kalibrieren kann. Auf kurzen Distanzen kennt man ja die Entfernung durch die Parallaxenmethode, über mittlere Entfernungen über die Perioden-Leuchtkraft-Beziehung von Cepheiden, und auf sehr großen Distanzen aus der absoluten Helligkeiten von Typ Ia Supernovae.

Gruß, Peter
 

FrankSpecht

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Ergänzend zu Peters korrekter Antwort kommt noch, dass es einen Unterschied gibt zwischen Rotverschiebung (durch Bewegung) und Streuung/Beugung/Brechung (durch z.B. Absorption von Atomen).
Bei der Rotverschiebung werden höher frequente Absorptonslinien in den niedriger frequenten roten Bereich verschoben (die Wellenlänge wird durch die Bewegung verbreitert), so dass das Licht röter wird.
Bei der Absorption (durch Staub) hingegen werden hochfrequente Wellenlängen einfach herausgefiltert, so dass die vorhandenen längerfrequenten, roten Anteile des Lichts übrig bleiben; hierbei werden aber keine Wellenlängen verändert.

Warum nun Licht bei uns rot erscheint, kann man durch mindestens (es gibt da noch weitere Argumente) diese beiden Prozesse entscheiden. Intergalaktisch überwiegt jedoch die Rotverschiebung, und damit die Expansion des Weltraums.
 
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magician4

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hallo Peter und Frank,

zunächst einmal vielen dank für eure antworten !
... und ich bin ja schonmal beruhigt, dass meine überlegungen nicht komplett für die tonne waren.

ich hätt da trotzdem noch folgende nachfrage:

- die physikalischen einfach-berechnungen zur extrinktion ( Lambert -Beer usw.) setzen ja voraus, dass die absorption (hier: durch z.b. staub) direkt proportional der schichtdicke (in unserem fall: der entfernung d) ist: dI = I* epsilon*c* dd (homogene optische dichte)
--> wird in der astronomie ebenfalls so angesetzt, insbes. auch bei extremen entfernungen , oder gibt es hier spezialansätze--> ( s.o.: argumentation zur hoeheren staubdichte im frühen universum --> staubkonzentration pro volumenelement , also "c" in Lambert-Beer , sowie die spezielle staubzusammensetzung ( noch eher geringe metallizitaet, beispw. , also "epsilon") koennten (?!) dort ja andere werte annehmen)
... denn immerhin sind ja grad im frühen universum erhebliche mengen wasserstoff in kuerzester zeit umgesetzt worden (hier mal ein link, damit etwas klarer wird was ich meine)

... und falls eben nicht derart primitiv angesetzt wird taete es mich schon interessieren wie man die staubdichten und - kompositionen "ganz weit weg / im sehr frühen universum" abschaetzt / wie darauf korrigiert wird

... denn schliesslich basiert ja auf der korrekten messung der resultierenden (scheinbaren) helligkeit von 1A-supernovae unser gesamtes aktuelles modell eines sich beschleunigt ausdehnenden universums: waeren die teile - grad am ende - net derart leuchtschwach, dann waere doch die gesamte theorie geborsten, oder?


danke nochmals fuer eure geduld

gruss

Ingo
 

h_c_greier

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Hallo Ingo,

bin jetzt nicht der Experte auf diesem Gebiet, aber ich hab hier 2 Diagramme im Unsöld gefunden.

Die erste Grafik zeigt den Zusammenhang zwischen dem scheinbaren Entfernungsmodul (m - M) und der Entfernung r der Sterne ohne interstellare Materie (γ = 0) bzw. mit einer (als gleichförmig angenommenen) interstellaren Extinktion von γ = 0.5, 1.0 und 2.0. Einheit γ [mag·kpc^-1]

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Befindet sich ein Stern mit der absoluten Helligkeit M in der Entfernung r[pc], so wäre ohne interstellare Extinktion seine scheinbare Helligkeit m gegeben durch den wahren Entfernungsmodul

(m - M)_0 = 5·log(r) [pc] - 5 [mag]

der also einfach ein Maß der Entfernung ist. Erfährt das Licht unterwegs eine Extinktion von γ [mag pc^-1] bzw. insgesamt

A = γ·r [mag]

so erhält man als Differenz zwischen der wirklich gemessenen scheinbaren Helligkeit und der absoluten Helligkeit den scheinbaren Entfernungsmodul

(m - M) = 5·log(r) [pc] - 5 + γ·r [mag]

Bei 1 bis 2 mag·kpc^1 Extinktion ist offensichtlich der Ausblick auf Entfernungen über einige tausend pc praktisch abgeschnitten.

Über den Betrag γ der mittleren interstellaren Extinktion in der Milchstraßenebene hat als erster R. Trumpler 1930 begründete Vorstellungen gewonnen, indem er verglich, wie für offene Sternhaufen gleichartiger Struktur einerseits der Winkeldurchmesser und andererseits die Helligkeit mit der Entfernung abnimmt. So konnte er eine unmittelbare Beziehung zwischen geometrischer und photometrischer Entfernungsmessung herstellen. Ebenso wichtig war Trumplers Entdeckung, daß mit der Extinktion stets eine Verfärbung des Sternlichtes einhergeht.

Im Mittel kann man in der Milchstraßenebene außerhalb der direkt erkennbaren Dunkelwolken mit einer visuellen Extinktion von γ ~ 0.3 mag·kpc^-1 rechnen. Schließt man die Dunkelwolken nicht aus, so kommt man auf 1 bis 2 mag·kpc^-1.

Die zweite Grafik zeigt die mittlere interstellare Extinktionskurve A_λ, also die Abhängigkeit von der Wellenlänge nach B.D. Savage und J.S. Mathis (1979)
Die Normierung ist gegeben durch A_λ = 3.1 · E_B-V

106448


cs,
harald

--
 

magician4

Mitglied
Hallo Harald,

danke dir vielmals!

... denn das ist genau der stoff, den ich eigentlich wissen will, so auf den ersten blick zumindest.
... und nun hab ich erstmal ne menge durchzuarbeiten

danke nochmal und schoenen abend noch!

Ingo
 

P_E_T_E_R

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- schlussendlich misst man ja Helligkeiten (daraus gibts dann die Distanz) und Rotverschiebung ( daraus die relative Fluchtgeschwindigkeit)
- seeehr weit entfernte Galaxien sind allerdings ja "junge" Galaxien ( i.S. des alters des Universums), und sollten daher meinem Verstaendnis nach auch eine hoehere Staubdichte haben (wenig ist erst zu z.b. Planeten kondensiert, die ersten Sonnen waren extreme Überriesen mit eintsprechend hohem Material-output, das Universum selbst war noch kleiner usw.)

--> VOR ( aus unsere heutigen Sicht in die Richtung) den beobachteten Ereignissen sollte also eine besonders dicke Staubschicht liegen (waehrend sie dann irgendwann , so bei Abstaenden in der Grössenordnung der 2., 3. Sterngenerationen) doch signifikant dünner ist ( = ich gehe davon aus, dass die Staubdichte im Universum auch nicht gleichmaessig abnimmt, sondern irgendwie am Anfang sehr stark, danach durchaus moderater)
Hallo Ingo, ich nehme nochmal Bezug auf Dein Eingangsposting, in dem Du von der Vorstellung ausgehst, dass die ersten drei Sterngenerationen im noch jungen Universum aus einer wesentlich höheren Staubkonzentration hervorgegangen seien, als dass später der Fall war. Und unter dieser Vorstellung wirfst Du die Frage auf, ob durch die damit verbundene höhere Lichtdämpfung die aus der beobachteten Helligkeit bestimmten Entfernungen dieser Objekte wesentlich verfälscht werden.

Ich glaube, dass Du da verschiedene Missverständnisse hast:

(1) Das Licht von den entfernten Objekten, ich glaube Du meinst damit Typ Ia Supernovae, welche als sog. Standardkerzen gelten, durchdringt solche konzentrierten Staubzonen ja nur am Entstehungsort, also in seiner Muttergalaxie. Im intergalaktischen Raum ist die Materialdichte zwar nicht null, aber doch um viele Größenordnungen geringer.

(2) Selbst wenn wir die Supernova durch die galaktische Scheibe ihrer Muttergalaxie in Kantenstellung sehen, so ist das Verhältnis von galaktischer zu intergalaktischer Wegstrecke bei einer Rotverschiebung von z = 1 sehr klein, nämlich nur ca. 10^-5. Und wenn wir die Galaxie "face-on" sehen noch geringer.

(3) Die bislang untersuchten Supernovae mit einer Rotverschiebung von z < 1 waren allesamt nicht älter als 8 Mrd. Jahre, also wesentlich jünger als die ersten drei kurzlebigen Sterngenerationen.

(4) Die Entfernung der Supernovae wird typischerweise nicht aus ihrer scheinbaren Helligkeit im Maximum bestimmt, sondern mit verschiedenen Verfahren (*), welche die Form der Lichkurve in verschiedenen Spektralbereichen analysieren. Dabei werden Extinktionseffekte und Farbverschiebungen automatisch mit berücksichtigt und korrigiert.

(*) Wenn Du tiefer in die Thematik einsteigen möchtest, kannst Du die unten angegebenen Links studieren, ist aber harte Kost.

Mit freundlichen Grüßen,
Peter

Cosmic distance ladder

Type Ia supernova

K correction

M.M. Phillips: The Absolute Magnitudes of Type Ia Supernovae

Multicolor Light Curve Shape

Observational Evidence from Supernovae for an Accelerating Universe and a Cosmological Constant

K-corrections and Extinction Corrections for Type Ia Supernovae

Improved Distances to Type Ia Supernovae with Multicolor Light Curve Shapes: MLCS2k2

On the impact of intergalactic dust on cosmology with Type Ia supernovae
 
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magician4

Mitglied
Hallo Peter,

danke auch dir fuer deine mühe

... und ja, ich werd mir die links mal ziehen , denn genau danach hatte ich ja gefragt.


einen schoenen tag dir!

gruss

Ingo
 

Mischa

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Hi Ingo,

die Roetung durch Staub kann auch recht einfach durch Intensitaetsverhaeltnisse in einem Emissionslinienspektrum bestimmt werden, die theoretisch sehr gut bekannt sind. Zum Beispiel liegt das intrinsische Verhaeltnis von H-alpha zu H-beta bei ca 2.85. Die kurzwelligere H-beta Linie wird durch Staub staerker unterdrueckt als H-alpha, das Verhaeltnis waechst also an (3, 4, ...). Daraus laesst sich auch die Extinktion bestimmen (unter Annahmen ueber die oertliche Temperatur, Elektronendichte, Metallizitaet, und die Haerte der ionisierenden Strahlung). Siehe "Balmer decrement".

mischa
 

magician4

Mitglied
danke nochmals allen antwortern, und auch dir Mischa fuer deine "kurzfassung"

in der substanz fuehle ich mich in meiner frage beantwortet, habe aber trotzdem jetzt noch nen riesenbatzen an literatur , und werden den auch zuminmdest sichten / soweit mir fachlich moeglich auch durcharbeiten


danke nochmals

CS

Ingo
 
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