2 Der Beschleunigungsmechanismus der Sternwinde

In diesem Abschnitt stellen wir den physikalischen Mechanismus vor, der die Winde heißer Sterne initiiert und beschleunigt. Die wesentlichen Effekte sind dabei in der folgenden Abbildung aufgezeigt.

• aus den tieferen Schichten der Atmosphäre, der sog. Photosphäre, werden Lichtteilchen (= Photonen) in einem breiten Energiebereich emittiert.
• Diese Photonen gelangen in den Wind und können ihren Impuls auf die dort vorhandenen Ionen übertragen. Dies geschieht in einem zweistufigen Prozeß (vgl. den unteren Bereich der Abbildung)

  
  
  

  • Photonen können immer dann von einem Ion (z.B. Kohlenstoff, Stickstoff, Silizium, Eisen, Nickel etc., die sich alle in den Sternatmosphären befinden) absorbiert werden, wenn ihre Energie gerade derjenigen Energie entspricht, die benötigt wird, um ein Elektron der Ionen auf eine höherenergetische Bahn zu bringen (``Anregung des Elektrons'').
  • Bei diesem Prozeß wird nicht nur die Energie des Photons in Anregungsenergie umgewandelt (das Photon ist damit zerstört), sondern auch Impuls auf das Ion übertragen. Da Photonen hauptsächlich aus der Richtung des Sternes kommen, werden damit die Ionen im Mittel nach außen beschleunigt.
  • Nach einer relativ kurzen Zeit, der sog. mittleren Lebensdauer (Größenordnung 10<sup>-8</sup> Sekunden), ``fällt'' das Elektron entweder auf seinen Grundzustand oder eine andere, niederenergetische Bahn, zurück. (Physikalische Systeme tendieren dazu, wenn möglich den Zustand niedrigster Energie einzunehmen.)
  • Bei diesem Übergang des Elektrons wird die freiwerdende Energie (Energie des angeregten Zustandes minus Energie desjenigen Zustandes, in den das Elektron gelangt) durch die ``Emission'', d.h. Freisetzung eines ``neuen'' Photons, kompensiert.
  • Der Impuls des emittierten Photons muß vom emittierenden Ion kompensiert werden, d.h. das Ion wird in entgegengesetzter Richtung des Photons beschleunigt. (Analog der Beschleunigung einer Rakete, die ihre Verbrennungsgase ausstößt.)
  • Die Gesamtbeschleunigung des Ions aufgrund von Absorption und Emission ist die Summe (nach Betrag und Richtung) der beiden Beschleunigungen.
  • Da die Richtung, in die das Photon emittiert wird, zufällig ist, mitteln sich (bei vielen Emissionsakten) die einzelnen ``Emissionsbeschleunigungen'' heraus und es bleibt praktisch nur die auswärtsgerichte ``Absorptionsbeschleunigung'' übrig.
• Die nach außen beschleunigten Ionen geben letztendlich ihren Impuls durch Stöße auf das Restplasma (hauptsächlich Wasserstoff) ab, und der Wind wird insgesamt nach außen beschleunigt!
• Da das photosphärische Strahlungsfeld bei heißen Sternen hoch und auch die Anzahl der möglichen Übergänge der Elektronen groß ist, lassen sich die beobachteten Massenverlustraten und Endgeschwindigkeiten zwanglos erklären. (Bei kühlen Sternen ist das Strahlungsfeld zu schwach, um über den hier geschilderten Prozeß einen Wind zu initiieren.)

Da obige Übergänge der Elektronen Linienübergänge genannt werden (siehe auch Abschnitt 4.1) spricht man von einer Windbeschleunigung aufgrund von

LINIENSTRAHLUNGSDRUCK