Faber-Jackson-Beziehung

Die Faber-Jackson-Beziehung ist ein experimentell beobachteter Zusammenhang zwischen Leuchtkraft L und der Geschwindigkeitsdispersion σ in elliptischen Galaxien. Die Leuchtkraft hängt proportional von einer Potenz der Geschwindigkeitsdispersion ab:

L \propto \sigma^ \gamma

Der Index γ liegt sehr nahe bei 4.

Entdeckt wurde dieser Zusammenhang zuerst von Robert Earl Jackson und Sandra M. Faber im Jahre 1976. Heute wird er vielfach verwendet, um auf die Geschwindigkeitsdispersion der Galaxie zu schließen.

Herleitung

Das Gravitationspotential einer Massenverteilung von Radius R und Masse M ist

U=-\frac{3}{5}\frac{GM^2}{R}

Die kinetische Energie ist

T = \frac{1}{2}M \sigma^2

Mit dem Virialtheorem (2T + U = 0 ) folgt

\sigma^2 =\frac{3}{5}\frac{GM}{R}.

Wenn Masse und Leuchtkraft zueinander proportional sind, M \propto L, kann man M ersetzen und hat noch

L \propto \frac{\sigma^2R}{G},

eine Beziehung zwischen R und der Geschwindigkeitsdispersion:

R \propto\frac{LG}{\sigma^2}.

Mit einer konstanten Oberflächenhelligkeit

B=\frac{L}{4\pi R^2},

folgt

L = 4πR2B.

Dann ist

L \propto 4\pi\left(\frac{LG}{\sigma^2}\right)^2B,

und schlussendlich der gesuchte Zusammenhang zwischen Leuchtkraft und Geschwindigkeitsdispersion:

L \propto\frac{\sigma^4}{4\pi G^2 B} \propto \sigma^4,

Quellen

Siehe auch

Quelle:
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