D5 Astronomische Spektroskopie

Thema

Die Spektroskopie ist das leistungsstärkste Werkzeug der Astronomie: Sie misst Geschwindigkeiten entlang der Sichtlinie anhand der Dopplerverschiebung der Spektrallinien eines Objekts. Diese Verschiebung ist bei niedrigen Geschwindigkeiten proportional zur Geschwindigkeit, erfordert jedoch eine zusätzliche relativistische Korrektur, sobald die Geschwindigkeit einen signifikanten Anteil der Lichtgeschwindigkeit erreicht, wie es beispielsweise bei Quasaren der Fall ist.

Dieselbe Spektroskopie identifiziert auch die in einem Objekt vorhandenen chemischen Elemente anhand der für jeden atomaren Übergang charakteristischen Wellenlängen und bestimmt aus denselben Linien die Temperatur, die Oberflächengravitation und die chemischen Häufigkeiten des Objekts.

Die Äquivalentbreite einer Spektrallinie quantifiziert in dieser Analyse die Intensität dieser Linie relativ zum Hintergrundkontinuum, vor dem sie gemessen wird. Genau diese Äquivalentbreite dient als Grundlage für die Messung der genannten chemischen Häufigkeiten.

Das Auflösungsvermögen eines Spektrographen – wie präzise das Instrument sehr nahe beieinander liegende Wellenlängen unterscheiden kann – bestimmt die niedrigste Dopplergeschwindigkeit, die das Instrument erfassen kann. Spektrographen, die speziell für die Suche nach Exoplaneten mittels Radialgeschwindigkeitsmessung entwickelt wurden, nutzen dieses Auflösungsvermögen in Verbindung mit einer extrem präzisen Kontrolle von Temperatur und Vakuum des Instruments, um Geschwindigkeitsänderungen von nur wenigen Zentimetern pro Sekunde zu erfassen. Von der Dopplerverschiebung am Anfang dieses Dokuments bis hin zur Detektion minimaler Geschwindigkeitsänderungen am Ende, einschließlich der Identifizierung chemischer Elemente und des Auflösungsvermögens des Spektrographen, ermöglicht die Spektroskopie, das Licht eines Objekts in seine Spektrallinien zu zerlegen und so sowohl dessen Zusammensetzung als auch seine Bewegungsgeschwindigkeit zu bestimmen.

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