Spektren und deren Analyse

Spektren erhält man, indem man das beobachtete Licht durch ein brechendes Medium schickt. Solche brechenden Medien können Prismen oder Gitter sein, die in den Spektrographen eingebaut sind.

Spektren erlauben Rückschlüße auf die stoffliche Zusammensetzung des strahlenden Objekts, sobald Linien erkennbar sind. Spektrallinien lassen sich durch ihre Wellenlänge, Form, etc. charakterisieren. Da jedes lichtaussendende chemische Element in charakteristischen Wellenlängen abstrahlt, besteht somit ein direkter Zusammenhang zu der stofflichen Zusammensetzung des beobachteten Sterns.

Befindet sich die Strahlungsquelle in Bewegung, so kann sich in den aufgenommenen Spektren der Dopplereffekt bemerkbar machen. Der Dopplereffekt verursacht eine Frequenz- bzw. Wellenängenverschiebung.

Dieser Effekt ist auch aus dem Alltag her bekannt. Wenn z.B. ein Feuerwehrauto an einem vorbeifährt, hört man die Sirene bei der Anfahrt erst mit hohen Tönen, die bei Entfernung zu tiefen Tönen hin abfallen.

Umgekehrt liefert die zeitliche Variation der Wellenlänge einer Spektrallinie Information über die Art der Bewegung der Strahlungsquelle. Stellt man z.B. eine sinusförmige Variation fest, so heißt das, daß die Quelle sich abwechselnd vom Beobachter weg und wieder auf ihn zu bewegt.
Genau so eine Variation wird in den Spektren der Kataklysmischen Veränderlichen registriert, was in der Abbildung im oberen Fenster zu erkennen ist. Hier ist die zeitliche Anordnung einer Serie von Spektren in einer Spektrallinie dargestellt (die Zeitachse zeigt nach oben, die Wellenlänge nach rechts). Eigentlich sieht man scheinbar zwei Linien, was auf der Doppleraufspaltung der Spektrallinie beruht. Weiterhin ist deutlich das sinusförmige Hinundherwandern der Linie zu sehen.

  1. Wie läßt sich dieses Linienverhalten nun deuten ?

    • Die angesprochene Doppleraufspaltung basiert auf dem Dopplereffekt und ist ein Indiz für die schnell rotierende Akkretionsscheibe in den Katalktsmischen Veränderlichen.
      Der Beobachter sieht eine Scheibe mit rotierender strahlender Materie. Effektiv sieht der Beobachter gleichviel Teilchen, die sich mit sehr hohen Geschwindigkeiten (ca. 1000 km/s) von ihm wegbewegen wie auf ihn zu. Damit kommt dieses doppelt dopplerverschobene Bild der Spektrallinie zustande: zum einen zu hohen Wellenlängen hin und zum anderen zu niedrigen.

    • Die sinusförmige Variation spiegelt die Rotation der Scheibe um den gemeinsamen Schwerpunkt wieder (s. Beispiel).

    • Der Helligkeitsanstieg (Intensitätsskala ist links angezeigt) bei Phase 0.8 wird durch den Heißen Fleck verursacht, der zu der Phase dem Beobachter zugewandt ist (s. Beispiel).

  2. Es zeigt sich also, daß die spektralen Eigenheiten der von einem Kataklysmischen Veränderlichen aufgenommenen Linie auf den Dopplereffekt zurückführen lassen. Auf dieser Tatsache baut die von Keith Horne (St. Andrews) und Tom Marsh (Sussex) entwickelte Analysemethode Doppler-Tomographie auf

    Die Doppler-Tomographie rekonstruiert nun ein zweidimensionales Bild der Akkretionsscheibe, basierend auf den beobachteten Spektren und der oben skizzierten Deutung der spektralen Variationen
    (mittleres Fenster der Abbildung).
    Die Scheibe ist hier im Geschwindigkeitsraum dargestellt, was mit der Vorgehensweise der Methode zusammenhängt. Die Wellenlänge ist, wie schon gesehen, direkt mit der Geschwindigkeit korreliert. Die einzelnen Spektren lassen sich als Projektionen der Scheibe im Geschwindigkeitsraum im Licht der Spektrallinie auf den Himmelshintergrund auffassen.

    Aus der so rekonstruirten Scheibe, kann zur Kontrolle die Modell-Spektrenserie rückgerechnet werden, die noch im unteren Fenster zu sehen ist.