Interstellare Materie

Der Raum zwischen den Sternen ist nicht leer, sondern besteht aus verschiedenen Materialkomponenten und Feldern:

• neutrales und ionisiertes atomares Gas (H, He, H+, etc.)
• molekulares Gas (H2, CO, etc.)
• Staubteilchen (Silikate X-SiOx, C-Teilchen, etc.)
• relativistische Teilchen
• dunkle Materie
• ein Gravitationsfeld und Magnetfelder

Verglichen mit dem bekanntem "leeren Raum" ist das interstellare Medium ein Hochvakuum (0.01 - 10^6 Teilchen/cm3). Mithilfe von Strahlungsprozessen kann dieses Medium untersucht werden.

Strahlungsprozesse von Gas

Das instestellare Gas kann durch Strahlugsprozesse untersucht werden, dabei werden zwei Hauptprozesse unterschieden.

Absorptionslinien

Das Licht einer Hintergrundwelle wird durch einen Linienübergang zwischen einem energetischen niedrigen und einem höheren Zustand in einem Atom oder Molekül für ganz bestimmte Wellenlängen absorbiert.

Emissionslinien

Atome oder Moleküle in einem warmen oder heissen Gas werden durch Stösse in höhere Energiezustände angeregt, die durch die Aussendung eines Lichtquants wieder in Zustände mit kleinerer Energie zurückkehren.

HII Regionen

HII (H2, ionosierter Wasserstoff) Regionen sind Gaswolken, die durch heisse (OB-)Sterne photoionisiert werden. Die beobachtete Strahlung ist die Kühlstrahlung des Nebels durch Rekombination.

Viele HII Regionen sind am hellsten in dem für Wasserstoff charakteristischen Rot bei einer Wellenlänge von 656.3 nm. Es herrscht ein Gleichgewicht zwischen:

• Heizung durch Photoionisation von Atomen
  • Überschussenergie eines ionisierenden Photons wird in kinetische Energie umgewandelt
• Kühlung durch Stossabregung von Atomen
  • die kinetische Energie der stossenden Teilchen wird erst in innere Energie und dann in Strahlung umgewandelt.

HII Regionen deuten auf Sternentstehung hin. In Spiralgalaxien findet man die in den Spiralarmen, bei elliptischen Galaxien kommen sie hingegen nicht vor.

Stossionisiertes Gas

Stossionisiertes, heisses Gas leuchtet im Röntgenbereich durch die Bremsstrahlung von schnellen Elektronen, die mit schweren Protonen oder anderen Kernen kollidieren.

Heisses Gas entsteht, wenn Gase mit grossen Geschwindigkeiten kollidieren. Solche Ereignisse entstehen durch Sternenexplosionen, schnelle Sternwinde oder die Kollision des Gases in zwei kollidierenden Galaxien. Das heisse Gas expandiert schnell und es entstehen grosse heisse Blasen mit sehr kleiner Teilchendichte.

Interstellarer Staub

Das sind kleine Festkörper (<micrometer), die sich durch folgende Effekte bemerkbar machen:

Auffällige Dunkelwolken

Der Staub absorbiert das Licht und dadurch sieht es dunkler für uns aus.

Starke Infrarotemission

Weil der Staub absorbierte Energie als Wärmestrahlung wieder abgibt.