E1 Astrophysikalische Skalen und natürliche Einheiten

Thema

Das zentrale Element dieses Modells ist das astrophysikalische Objekt, das als eine einzige Einheit über den gesamten Skalenbereich der Astrophysik betrachtet wird.

Dieses astrophysikalische Objekt kann eine Masse von der eines einzelnen Neutrinos bis zur Masse des gesamten beobachtbaren Universums aufweisen – ein Bereich von mehr als sechzig Größenordnungen – und sich in einer Entfernung befinden, die von der Größenordnung des Atomkerns bis zum Radius des Universums reicht – ein Bereich von mehr als dreißig Größenordnungen. Aufgrund dieses enormen Skalenbereichs verwendet die Astrophysik ihre eigenen natürlichen Einheiten, um diese Größen handhabbar zu machen: das Parsec als natürliche Längeneinheit, die Sonnenmasse als Standardeinheit der Masse und die Sonnenleuchtkraft als Standardeinheit der Leuchtkraft.

Der Schwarzschildradius eines astrophysikalischen Objekts definiert seine Gravitationsskala und wächst proportional zu seiner Masse: Bei einem Objekt mit der Masse der Sonne beträgt dieser Radius etwa drei Kilometer, während er bei einem Objekt wie dem Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße, das mehrere Millionen Mal massereicher als die Sonne ist, mehrere Millionen Kilometer beträgt. Die Tatsache, dass sich die Masse des Objekts millionenfach vervielfacht, bewirkt eine proportionale Vervielfachung seines Schwarzschildradius, ohne dass ein anderer Faktor diese direkte Beziehung beeinflusst.

Die Eddington-Leuchtkraft desselben astrophysikalischen Objekts hingegen ist die obere Grenze der Leuchtkraft, die es beim Anziehen von Materie aufrechterhalten kann: Unterhalb dieser Grenze hält die Gravitation das einfallende Material zurück, aber sobald die Leuchtkraft des Objekts diesen Schwellenwert überschreitet, überwindet der Druck seiner eigenen Strahlung auf die umgebende Materie die Gravitation und verlangsamt oder kehrt den Materieeinfall auf das Objekt sogar um. Dieser Schwellenwert steigt mit der Masse des akkretierenden Objekts und sinkt mit der Opazität des umgebenden Plasmas. Daher erreicht ein massereiches Objekt in einem weniger dichten Plasma eine deutlich höhere maximale Leuchtkraft als ein leichtes Objekt in einem dichten, dichten Plasma. Vom astrophysikalischen Objekt, mit dem dieses Dokument beginnt und das sich irgendwo auf der Skala von sechzig Größenordnungen in der Masse und dreißig in der Entfernung befindet, bis zur maximalen Leuchtkraft am Ende des Dokuments – über Parsec, Sonnenmasse und Schwarzschildradius – gewährleisten die astrophysikalischen Skalen und ihre natürlichen Einheiten, dass dasselbe astrophysikalische Objekt, unabhängig von seiner Größe, mit denselben Messinstrumenten beschrieben wird wie jedes andere.

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