3. Was sind Galaxien?

Transkript

1 Einführung in die Astronomie & Astrophysik II 3. Was sind Galaxien? SoSe 2010, Knud Jahnke

2 Geschichtliches 10 Jhd., Abd al-rahman al-sufi: Andromeda + LMC 1750, Thomas Wright: Milchstraße = viele Sterne + Gravitation 1755, Immanuel Kant: Nebel = Welteninseln 26. April 1920: The Great Debate über Nebel Harlow Shapley: Nebel = Teil der Milchstraße (Argument: Abstand Andromeda MW unvorstellbare 108 LJ und Nova in Andromeda heller als Galaxie Supernova) Heber Curtis: Nebel = Island Universes wie Milchstraße (Argument: mehr Novae in Andromeda beobachtet als in Milchstraße) 1922/23: Edwin Hubble, Entfernungsmessungen zu Nebeln Galaxien!

3 Bitte sortieren: NGC 5033 NGC 4631 NGC 3190 NGC 3184 NGC 5866 NGC 4125 NGC 4552

4 Sortierkriterien Form (Spiralarme) Farbe (blau oder gelblich/rot) Größe Helligkeit Staubspuren? Zentrum: kugelförmig oder elongiert

5 Sterne in Galaxien NGC 3184 NGC 4552 Elliptische Galaxie (E) Spiralgalaxie (S )

6 NGC 3198

7 Sterne in Galaxien Spiralgalaxie: Rotationskurve

8 Sterne in Galaxien Spiralgalaxie: kinematisch kalt, koordinierte Rotation, Scheibe

9 Sterne in Galaxien Elliptische Galaxie: kinematisch heiß, wenig Rotation, Spheroid

10 Einschub: Rotationskurven Newton + zentrifugales Gleichgewicht (sph. Symm.): 2 GM R v R 2 = =ω R R 2 R R Masse innerhalb Radius R: R M R = 0 dr ρ r r Beispiele 3 2 ρ=const. M R v R, ω=const. 2 ρ R M R v=const. 1 Punktmasse v R (isotherm) (keplersch)

11 Rotationskurven

12 Rotationskurven

13 Rotationskurven

14 Rotationskurven gemessen

15 Rotationskurven NGC 3198

16 Rotationskurven gemessen DM Halo leuchtende Materie

17 Dunkle Materie 25% (!) der globalen Energiedichte (Baryonen ~ 4%) nur gravitative WW keine el-mag WW Was ist es? Supersymmetrie? unklar Nobelpreis 2025?

18 Sterne in Galaxien Bulge Spheroid NGC 3184 NGC 4552 Elliptische Galaxie Stellarer Bulge (Zentralverdickung)

19 Sterne in Galaxien Balkenspirale (SBa, SBb, SBc, ) NGC 3945 Elliptische Galaxie Stellarer Bulge (Zentralverdickung) NGC 3351

20 Sterne in Galaxien Galaxienzusammenstöße/-verschmelzungen

21 Sterne in Galaxien Irreguläre Galaxien

22 Sterne in Galaxien Zwerggalaxien

23 Sterne in Galaxien MW Zwerggalaxien

24 Sterne in Galaxien

25 Sterne in Galaxien Stellare Massen: MW: 8x1010 Msonne (Scheibe 6x1010, Bulge 1x1010) MW Halo 5.5x1011 Msonne Andromeda: etwas massereicher Giant Elliptical (M87): 1012 Msonne Zwerggalaxie: Msonne MW Zwerggalaxien: < 107 Msonne alles Galaxien, über 6 Größenordnungen in Masse

26 Sterne in Galaxien Parameter: Morphologie (Typ) Dynamik (heiß, kalt) stellare Masse DM Masse Farbe mittleres Alter Stärke Sternentstehung Staubmenge > 8-dimensionaler Parameterraum?

27 Zyklus der interstellaren Materie al n o ti M>M a t i av se: r G llap co Molecular clouds per n Stars ova e Planetary nebulae Giant molecular cloud complexes Disruption during star formation Su Merging Breakup of old shells around PN & SNR Merging & Cooling Coronal gas Cooling HII Co o lin g Supernova heating HII regions after g n i l Coo n essio r p m co Cold HI Warm HI Heating and/or cooling by conduction

28 Galaxienkerne Schwarzes Loch in der Milchstraße: Msun = kg Genzel et al , und andere

29 MBH/Msun Galaxienkerne M* /Msun z=0: Häring&Rix 2004

30 Hubble-Sequenz

31 Leuchtkraftfunktion

32 Massenfunktion

33 Farb-Helligkeits-Diagramm Galaxien SDSS: Baldry et al Farbe/Alter rot/ alt blau/ jung hoch Leuchtkraft/Masse niedrig

34 Räumliche Verteilung/ Clustering Galaxienhaufen Abell S0740

35 Räumliche Verteilung/ Clustering Inhomogen: <Mpc Skalen Homogen: global

36 Räumliche Verteilung/ Clustering DM Halos: Zentrale Galaxie und Satellitengalaxien DM Simulation

37 Räumliche Verteilung/ Clustering DM Halos: Zentrale Galaxie und Satellitengalaxien

38 Skalenrelationen LB v α max log(leuchtkraftb) Tully-Fisher-Relation: Spiralgalaxien: Leuchtkraft ~ max. Rotationsgeschwindigkeit log(hi Linienbreite)

39 Skalenrelationen log σ M R (ergibt sich aus Virialsatz, 2T=-U) log(sigma) Faber-Jackson-Relation: Elliptische Galaxien: Geschwindigkeitsdispersion ~ Leuchtkraft MR

40 Skalenrelationen Fundamental-Plane: Re, σ 0, μ e Re =effektiver Radius σ 0=zentrale Geschwindigkeitsdispersion μ e=mittl. Flächenhelligkeit innerhalb R e log Re =0.34 μ e 1.4log σ e const.

41 Skalenrelationen Fundamental-Plane

42 Skalenrelationen Fundamental-Plane: Re, σ 0, μ e Re =effektiver Radius σ 0=zentrale Geschwindigkeitsdispersion μ e=mittl. Flächenhelligkeit innerhalb R e log Re =0.34 μ e 1.4log σ e const.

43 Vertiefung: stellare Populationen

44 NIR = stellare Masse

45 Sternentstehung: fernes UV

46 Sternentstehung: 24mu Staub

47 Sternentstehung: CO (molekulares Gas)

48 Sternentstehung & stellare Populationen Sternentstehung: Indikatoren: MIR Emission (stellare Winde=geheizter Staub) UV Licht (direkte Emission) Emissionslinien (direkte Emission des ISM) junge Sterne

49 Sternentstehung & stellare Populationen Spektralanalyse: Populationssynthese

50 Sternentstehung & stellare Populationen Spektralanalyse: Emissionlinien, Populationssynthese

51 Sternentstehung & stellare Populationen NGC 3184 NGC 4552 Elliptische Galaxie (E) Spiralgalaxie (S )

52 Sternentstehung & stellare Populationen Spiralgalaxien Sternentstehung alte Sterne auch junge Sterne blaue Farben Staub, Gas kinematisch kalt flach eher weniger dichte Umgebung eher niedrigere Massen Elliptische Galaxien Keine Sternentstehung alte Sterne keine jungen Sterne rote Farben wenig Staub, Gas kinematisch heiß rund eher dichtere Umgebungen eher höhere Massen Endzustand der Galaxienentwicklung