Doppler-Effekt der H1-Linie von Wasserstoff

26.08.2018

Grundlagen

Interstellarer Wasserstoff erzeugt Emissionen einer genau definierten Frequenz von 1420,405 MHz, der sog. H1-Linie. Die Verteilung dieses Wasserstoffes in unserer Galaxis gibt Aufschluss über deren Masseverteilung und liefert über den Doppler-Effekt Ausagen über die Geschwindigkeit, mit der sich diese Wasserstoffmassen in Bezug auf unser Sonnensystem bewegen. Eine radioastronomische Kartierung des Himmels liefert Erkenntnisse, die bereits vorhandene optische Untersuchungen ergänzen können. Ein großer Vorteil der Radioastronomie besteht darin, dass sie auch bei Tageslicht ausgeführt werden kann, die wichtigsten Informationen liefern dabei Intensitäts- und Spektral-Messungen.

Die Richtwirkung unseres 3,8 m Reflektors erlaubt es, Objekte am Himmel durch Vorgabe eines Azimut- und Elevationswinkels mit einer hohen Genauigkeit anzusteuern und nachzuführen. Die verwendeten Antennen und Spezialempfänger sind für den Empfang der H1-Linie optimiert und weisen ein hinreichend geringes Rauschen auf, um auch quantitative Auswertungen zu ermöglichen. Jedoch sind auch Messungen mit einem SAT-LNC im Frequenzbereich zwischen 10 und 12 GHz möglich, das das Signal durch den eingebauten Frequenzumsetzer auf 1 - 2 GHz auch von den vorhandenen Messgeräten ausgewertet werden kann.

Rotation der Milchstraße
  1. Unsere Milchstraße bildet eine in der Mitte ausgebauchte Scheibe mit einem Durchmesser von ca. 100 000 Lichtjahren (Lj) und einer Dicke von ca. 3 000 Lj. Die Ausbauchung (Bulk) hat eine Dicke von ca. 16 000 Lj. Unsere Sonne befindet sich in einem Spiralarm unserer Milchstraße knapp 30 000 Lichtjahre von ihrem Zentrum entfernt und damit in einem eher dünn mit Sternen besiedelten Randbereich. Aus unserer Sicht erstreckt sich die Äquatorialebene unserer Galaxis deshalb über den gesamten Himmel, während senkrecht dazu ein nahezu ungehinderter Blick in den intergalaktischen Raum möglich ist.
    Die Milchstraße in ihrer Gesamtheit rotiert um ihren Masseschwerpunkt, dabei benötigt sie ca. 230 Millionen Jahre für eine Umdrehung (Galaktisches Jahr). Wenn auch unsere Sonne in diese Bewegung mit einbezogen ist, bewegen sich viele Bereiche der Milchstraße in Bezug auf unsere Sonne mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Eine Bestimmung dieser Relativgeschwindigkeiten ist durch Messung des Dopplerffektes der H1-Linie von Wasserstoff möglich.

Im optischen Bereich ist der Blick auf das Zentrum bei Sagittarius A durch große Staubansammlungen versperrt, diese können aber von der dort entstehenden Radioastrahlung durchdrungen werden. Da interstellare Gaswolken für Radiowellen eine gewisse Transparenz aufweisen, können jedoch auch weiter entfernte Teile der Spiralarme beobachtet werden.

Projektziel

Ziel dieses Projektes ist es, anhand ausgewählter Leitsterne einen Querschnitt durch die Milchstraße zu bilden und die jeweils beobachtbaren Doppler-Verschiebungen der dort vorhandenen Wasserstoffansammlungen zu messen. Ggf. ist es auch möglich, anhand der jeweiligen Peak-Amplituden Rückschlüsse auf ihre Entfernung zu ziehen und damit ein entsprechendes Bewegungsprofil zu erzeugen.