DopplerRotverschiebung

Die Doppler-Rotverschiebung ist ein Doppler-Effekt, der durch die Rotation eines emitierenden Objekts hervorgerufen wird. Im Gegensatz zur einfachen Verschiebung einer gesamten Quelle führt die Rotation zu einer Verteilung unterschiedlicher lokaler Radialgeschwindigkeiten über die Oberfläche des Objekts. Dadurch entstehen spektrale Linien, die breit erscheinen, statt als scharfe Linien verschoben zu sein.

Mechanismus und Beobachtbarkeit: Bei einer rotierenden Scheibe oder einem Stern bewegt sich der eine Randrichtungende Richtung Erde zu (Blauverschiebung) und der andere Rand von der Erde weg (Rotverschiebung). Die resultierende Linienform hängt von der Rotationsgeschwindigkeit, der Ausrichtung (Inklination) des Objekts und der Helligkeitsverteilung (Limb-Darkening) ab. Im einfachsten Fall führt dies zu einer sogenannten Rotations-bedingten Linienbreite, charakterisiert durch die projizierte Rotationsgeschwindigkeit v sin i, wobei i der Sichtinwinkel ist. Das gesamte Spektrum kann insgesamt keinen Nullwerter mehr verschieben, wenn kein systemischer Radialbewegungskomponenten vorliegen; die Hauptwirkung ist die Weitung der Linien.

Quantitatives Bild: In der nicht-relativen Näherung gilt Δλ/λ0 ≈ vr/c, wobei vr die lokale Radialgeschwindigkeit ist. Für rotierende Objekte ist vr durch die Geometrie vr = vRot(R) sin i cos φ. Die beobachtete Breite einer Linie ist somit proportional zu v sin i. Die exakte Form der Rotationsbreite hängt von der Rotationsverteilung, dem Inklinationswinkel und von möglichen zusätzlichen Broadening-Prozessen ab (instrumentelle Auflösung, Turbulenz).

Anwendungen: Die Doppler-Rotverschiebung wird verwendet, um die projected rotational velocities von Sternen zu bestimmen, Geschwindigkeitsfelder in Galaxien abzuleiten und Rotationseigenschaften von Objekten durch Spektroskopie zu untersuchen. Sie spielt auch eine Rolle bei der Modellierung von Linienprofilen in der Spektroskopie, wo zwischen Rotation, Turbulenz und anderen Broadening-Mechanismen unterschieden wird.

Hinweis: Neben der Rotverschiebung durch Rotation können zusammen mit einer allgemeinen Radialbewegung auch Relativitätskorrekturen nötig sein.