Ro­ta­ti­ons­kur­ve von Spiral­ga­la­xi­en

Hin­ter­grund: Die Ro­ta­ti­ons­kur­ve einer Spiral­ga­la­xie be­schreibt, wie schnell sich die Ster­ne und die in­ter­stel­la­re Ma­te­rie in Ab­hän­gig­keit vom Ab­stand zum Zen­trum einer Spiral­ga­la­xie be­we­gen. Sie wird mit­hil­fe des Dopp­ler­ef­fekts ge­mes­sen. Sie wer­den mit­hil­fe von Si­mu­la­tio­nen diese Mes­sung nachvoll­ziehen und dabei er­ken­nen, wie das Vor­han­den­sein Dunk­ler Ma­te­rie die Ro­ta­ti­ons­kur­ve be­ein­flusst.

Auf­ga­be 1: Selbst mes­sen

Mit­hil­fe des Pro­gramms ga­lax­ro­t_1.exe wird das Mess­prin­zip an­hand der Ga­la­xie NG­C3198 ver­deut­licht. Der Knopf „Info“ ent­hüllt Ihnen De­tails zu die­ser real durch­ge­führ­ten Mes­sung. Es wird die Ro­ta­ti­ons­ge­schwin­dig­keit des Was­ser­stoffs in die­ser Spiral­ga­la­xie ge­mes­sen, indem man die Dopp­ler­ver­schie­bung einer Spek­tral­li­nie des Was­ser­stoffs be­stimmt. Dar­aus kann man di­rekt die Ge­schwin­dig­keit be­rech­nen, wie es in der Si­mu­la­ti­on au­to­ma­tisch ge­macht wird.

Nut­zen Sie die Pfei­le oben rechts, um den Be­ob­ach­tungs­be­reich von ganz links nach ganz rechts zu durch­laufen. Be­ob­ach­te dabei, wie sich das Emp­fangs­fre­quenz­spek­trum ver­än­dert. Wie­der­ho­len Sie nun Ihr Vor­ge­hen und ach­ten Sie zu­sätz­lich auf die be­rech­ne­te Ro­ta­ti­ons­ge­schwin­dig­keit v_real.

Be­ob­ach­tung:

Auf­ga­be 2: Aus­wer­tung der Mess­wer­te

Öff­nen Sie das Pro­gramm ga­lax­ro­t_2b.exe. Die Mess­wer­te wer­den in einem Dia­gramm dar­ge­stellt. Der Knopf „Info“ gibt wie­der viele De­tails preis, die hier aber deut­lich zu weit gehen. Der Be­reich Dia­gram­me oben rechts er­laubt die Dar­stel­lung von drei un­ter­schied­li­chen Dia­gram­men. Wir be­trach­ten hier stets die Ro­ta­ti­ons­ge­schwin­dig­keit. Die Mess­wer­te er­ge­ben nun wie be­ob­ach­tet ab ca. 10 kpc eine na­he­zu kon­stan­te Ro­ta­ti­ons­ge­schwin­dig­keit. Im un­te­ren Be­reich kann man nun an Pa­ra­me­tern her­um­spie­len, zum einen für die Ga­la­xi­en­schei­be aus nor­ma­ler Ma­te­rie, zum an­de­ren für einen Ga­la­xi­en­ha­lo aus Dunk­ler Ma­te­rie.

1. Be­nut­zen Sie zu­nächst nur die Ga­la­xi­en­schei­be. Ver­su­chen Sie die schwar­ze Kurve mög­lichst gut durch alle Mess­wer­te gehen zu las­sen. Auf wel­che Pro­ble­me sto­ßen Sie dabei?
2. Neh­men Sie nun den Halo aus Dunk­ler Ma­te­rie mit hinzu. Mit etwas Ge­duld soll­ten Sie in der Lage sein, die Kurve an die Mess­wer­te an­zu­pas­sen. Auf der rech­ten Seite kön­nen Sie dann ab­le­sen, wie groß die pro­zen­tua­len An­tei­le von nor­ma­ler und Dunk­ler Ma­te­rie sind.

Schei­be aus nor­ma­ler Ma­te­rie: ________, Halo aus Dunk­ler Ma­te­rie: _________

Zur Kon­trol­le kön­nen Sie sich auf der rech­ten Seite eine Bei­spiel­an­pas­sung je nach ge­wähl­ter Dichtefunk­tion ein­blen­den las­sen. Unter Info kön­nen Sie nach­le­sen, wie die zwei Dichte­funk­tio­nen ma­the­ma­tisch aus­se­hen. Dies sind zwei ein­fa­che Mo­del­le, die die Ver­tei­lung Dunk­ler Ma­te­rie in einer Ga­la­xie be­schreiben könn­ten.

Ro­ta­ti­ons­kur­ve von Spiral­ga­la­xi­en: Her­un­ter­la­den [docx][107 KB]

Ro­ta­ti­ons­kur­ve von Spiral­ga­la­xi­en: Her­un­ter­la­den [pdf][94 KB]

Wei­ter zu Jeans-Kri­te­ri­um