Doppler-Tomographie

Über spektroskopische Verfahren haben die Astronomen vieles über die Himmelsobjekte herausgefunden. Eine klassische Anwendung ist die Bestimmung von Radialgeschwindigkeiten mittels der Doppler-Verschiebung von Spektrallinien, die verhältnismäßig einfach gemessen werden kann.

Ein Teilgebiet der Spektroskopie kann mit einem beachtenswerten Feature aufwarten. Die Doppler-Tomographie ist in der Lage, Spektren mit Hilfe ihrer zeitlichen Entwicklung in ein bildgebendes Verfahren einzuspeisen.

Die Grundidee der Doppler-Tomographie

Grundannahme der Doppler-Tomographie ist, daß ein gemessenes Intensitätsprofil einer Spektrallinie eine durch die verschiedenen Geschwindigkeiten aller Bestandteile des Systems deformierte Einzellinie ist (Dopplereffekt). In diesem Linienprofil steckt demnach die gesamte Information über die Geschwindigkeitsverteilung der beteiligten Komponenten (z.B. einer Akkretionsscheibe) und somit der Geometrie des Systems. Man beachte, daß die Intensitätsverteilung auch Asymmetrien des Systems wiederspiegelt.

Doppelsterne, Akkretionsscheiben und kataklysmische Veränderliche haben gemein, daß sie dynamische Systeme sind. Ein Linienprofil verschiebt und/oder verändert sich periodisch während eines Umlaufs. Verschiebungen sind natürlich eine Folge des Dopplereffekts, während Profilveränderung sich aus Änderungen des Blickwinkels auf Details (z.B. ein Hot Spot auf einer Akkretionsscheibe) oder Verdeckung ergeben.

Bei der Doppler-Tomographie werden Linienprofile über eine Periode hinweg aufgezeichnet. Man bekommt demnach eine dreidimensionale Datenmenge, den spektralen Fluß I = f ( v, j ), wobei v die Geschwindigkeit und j die Bahnphase ist. v ergibt sich aus dem Offset der gemessenen Wellenlänge gegenüber der Laborwellenlänge der Einzellinie.

Die Linienprofile können als Projektionen des Systems angesehen werden. Die Rückprojektion zur Berechnung des ursprünglichen Bildes wird für gewöhnlich als Tomographie bezeichnet (so auch in der Medizin).

Die Datenaufbereitung der Doppler-Tomographie

Der spektrale Fluß I = f ( v, j ) kann zu jeder Bahnphase durch bestimmte Verfahren in ein Bild I = g( v<small><small>x</small></small>, v<small><small>y</small></small> ) transformiert werden. Dabei stehen mehrere Verfahren zur Auswahl, die etwas aufwendiger sind. Bei der gefilterten Rückprojektion wird z.B. von der Fast Fourier Transformation Gebrauch gemacht. Einen anderen Ansatz verfolgt die Maximum Entropy Method (MEM-Rekonstruktion): hier wird versucht, ein zweidimensionales Geschwindigkeitsfeld dem gemessenen Datensatz anzufitten.

Diese so aufgefundene Intensität I = g( v<small><small>x</small></small>, v<small><small>y</small></small> ) von Geschwindigkeitskoordinaten in eine Intensität von Raumkoordinaten umzurechnen ist für ein rotierendes System nicht mehr die Hauptschwierigkeit.


Quellen:
Das Unsichtbare sichtbar gemacht, SuW 1/98, S. 34
http://arxiv.org/PS_cache/astro-ph/pdf/0011/0011020v1.pdf