Die Milchstraße. Gliederung Aufbau und Struktur. 1. Die Geschichte der Milchstraße. 3. Lage unserer Sonne in der Milchstraße

Transkript

1 Die Milchstraße Gliederung 1. Geschichte 2. Aufbau und Struktur a) Allgemeines b) Galaktische Halo 3. Lage unserer Sonne in der Milchstraße 4. Umgebung 5. Quellenangabe c) Galaktische Scheibe d) Galaktisches Zentrum 1. Die Geschichte der Milchstraße - Alter von etwa 13,6 Milliarden Jahren - Name hat Ursprung in griechischer Mythologie - Galileo Galilei erforschte mit dem Teleskop die Milchstraße - Wilhelm Herschel erstellte erste Vorstellung der Scheibenform, Band der Milchstraße erstreckt sich als Streifen über den Nachthimmel,Wahrnehmung einer Vielzahl lichtschwacher Sterne - alle der maximal 6000 mit bloßem Auge sichtbaren Sterne am Nachthimmel gehören zum Milchstraßensystem Die griechische Göttin Hera webhome.idirect.com/~donlong/hera 2.A) Allgemeines 2. Aufbau und Struktur - besteht aus etwa 300 Milliarden Sternen und großen Mengen interstellarer Materie -Balkengalaxie mit vier oder fünf Armen, zentraler Balken ist Ly lang und besteht v.a. aus alten, roten Sternen -Größen der Milchstraße: Masse des zentralen Balken Ausdehnung in der galaktischen Ebene Dicke der Scheibe Dicke der zentralen Ausbauchung (engl. Bulge) 3, kg Lichtjahre (30 kpc) 3000 Lichtjahre (920 pc) Lichtjahre (5 kpc) So könnte sich die Milchstraße einem äußeren Betrachter darstellen. Man beachte den zentralen Balken. 1

2 2.B) Galaktische Halo Zurück zu 2.B) Der Begriff Population in der Astronomie Zurück zu 2.C) = nicht streng von der Galaxienscheibe abgetrennter kugelförmiger Raum, Durchmesser von ca. 50 kpc = galaktische Atmosphäre -ist weitgehend staubfrei und enthält fast ausschließlich Sterne der Population II, dieses sind: -Kugelsternhaufen -darunter RR Lyrae-Veränderliche und Gas sehr geringer Dichte -Ausnahmen: heiße Blue Straggler -Sterne -große Mengen Dunkle Materie, zum Beispiel MACHOs Querschnitt der Galaxis. -universum.de = umfasst alle Sterne mit gleichem Alter, gleicher chemischer Zusammensetzung, derselben räumlichen Verteilung und ähnlichen Bewegungsverhältnissen -Einteilung: Population I Population II Population III Sonne und die umgebenden jungen Sterne der galaktischen Scheibe: stabil leuchtende Sterne, die in der Milchstraßenscheibe annähernd kreisförmige Bahnen um das galaktische Zentrum beschreiben; enthalten wie Sonne relativ viele schwere Elemente ältere Sterne des galaktischen Halos; werden auch in Sonnennähe gefunden allererste Generation von Sternen Kugelsternhaufen: RR Lyrae-Sterne = kugelförmige Ansammlungen von Sternen, umkreisen das galaktische Zentrum als Satelliten auf elliptischen Bahnen - Sterne in ihnen sind durch Gravitationskräfte stark gebunden Kugelgestalt und relativ hohe Sternendichte in ihren Zentren -bestehen aus hunderttausenden metallarmen Sternen enthalten kein Gas/ Staub - in ihnen findet keine Sternentstehung mehr statt, sind älteste Objekte der Milchstraße - typisches Alter: 12,7 Milliarden Jahre Aufnahme: R.Schwebel/M.Müller am , 30cm- - kommen sehr häufig vor Spiegelteleskop der VSW Rothwesten str.html -Unterklasse der Cepheiden - verändern ihre Leuchtkraft streng periodisch, dabei verändert sich auch ihre Oberflächentemperatur ( C) ständig wechselnde Spektralklasse - entdeckt 1895 von Solon Irving Bailey ( ; amerikanischer Astronom) -haben etwa die halbe Sonnenmasse, aber fünffachen Sonnendurchmesser - Riesensterne - haben 90-fache Leuchtkraft der Sonne Die 3 kleinen Bilder zeigen die fortlaufende Veränderung von Cepheiden. Quelle: NASA de.wikipedia.org/wiki/cepheiden 2

3 Blue Straggler (Blaue Nachzügler) -extrem heiße Sterne mit mehr als 50 Sonnenmassen können nur durch Kollision und Verschmelzung zweier kleinerer Sterne entstehen - als Nachzügler bezeichnet, da sie nicht in das Schema der Kugelsternhaufen zu passen scheinen: sind als massereiche, blaue Sterne deutlich jünger als die anderen Sternkollisionen erklären dies Dunkle Materie -Masse, die keine optische oder andere elektromagnetische Strahlung aussendet und deshalb nicht direkt beobachtbar ist - ihre Existenz wird durch die Beobachtung der Galaxienrotation, der Bewegung der Kugelsternhaufen und der Dynamik der Galaxienhaufen vermutet (dunkle Materie interagiert durch Gravitation mit sichtbarer) - Zusammensetzung, Herkunft ect. noch umstritten Quelle: NASA/ESA, Foto/47tucan.jpg Eine Aufname des Hubble- Teleskops. MACHOs =MAssive Compact Halo Object (Massives Kompaktes Halo Objekt) - Begriff wurde postuliert um das Problem der dunklen Materie im Weltraum zu lösen - sind Himmelskörper, in Größe und Leuchtkraft vergleichbar mit Planeten oder alten, erloschenen und abgekühlte Sterne - geben kein oder nur wenig Licht ab -- nicht direkt beobachtbar 2.C) Galaktische Scheibe - Großteil der Sterne innerhalb der Galaxis ist annähernd gleichmäßig auf die galaktische Scheibe verteilt - enthält vor allem Sterne der Population I -Ausdehnung von rund 17 kpc und Dicke von 1kpc, läuft in Spiralarmen aus, welche aber von weiteren Sternen der galaktischen Scheibe umgeben sind - jeder Stern der Scheibe umkreist das Zentrum in annähernd kreisförmiger Bahn -vage Hochrechnungen ergaben eine Masse von 0,5 Sonnenmassen -- könnten insgesamt ein Fünftel der Dunklen Materie in der Milchstraße erklären Der grüne Graph zeigt die nach dem 3. Keplerschen Gesetz erwartete Umlaufgeschwindigkeit, der rote die tatsächlichen Verhältnisse (unsere Sonne liegt etwa 8,6 kpc vom Zentrum entfernt). 3

4 Spiralarme -keine sonderlich hohe Sternendichte, sondern sind Sternentstehungsgebiete -Prozess der Entstehung der Spiralstruktur ist noch weitgehend unbekannt - bestehen aus enormen Ansammlungen von Wasserstoff und den größten HII-Regionen der Milchstraße, außerdem aus kalten, dunklen Molekülwolken (im Radiobereich beobachtbar) und jungen Sternhaufen, z. B. Plejaden (gut sichtbares Siebengestirn, auch als Sieben Schwestern oder Gluckhenne bezeichnet) - misst man die Entfernung dieser Objekte und trägt sie zusammen mit ihrer Lage im galaktischen Koordinatensystem in ein Diagramm ein, kristallisieren sich für unsere Milchstraße 4, evt. auch 5 Spiralarme heraus, wurden nach den in ihrer Richtung liegenden Sternbildern benannt Die Abb. zeigt die beobachteten HII- Gebiete der Milchstraße (hellblaue Punkte), daraus kann man die Lage der möglichen Spiralarme ableiten. Das Kreuz in der Mitte deutet das Zentrum an, der gelbe Punkt ist der Ort der Sonne. Die Milchstraße in Richtung des Sagittarius-Arms, rechts der Eta- Carinae-Nebel NGC 3372, eine HII- Region. Quelle: NASA, 2005 de.wikipedia.org/wiki/milchstra%c3 Das Bild ist eine Aufnahme des Hubbleteleskops und zeigt die Plejaden mit Reflexionsnebel. Quelle: NASA, ESA and AURA/Caltech de.wikipedia.org/wiki/messier_45 - Sterne der Spiralarme stellen keine starre Strukturen dar, die sich in Formation um das Milchstraßenzentrum drehen - Klärung durch die Dichtewellentheorie Sterne der galaktischen Scheibe - größter Teil der Masse der Galaxis besteht aus alten, massearmen, wenig leuchtstarken Sternen - alle enthaltenen Sterne zählen zur Population 1 - lassen sich mit zunehmender Streuung um die Hauptebene und Alter in drei Unterpopulationen einteilen: Schematische Seitenansicht der Milchstraße. - galaktische Scheibe ist nicht vollkommen gerade, durch gravitative Wechselwirkung mit den Magellanschen Wolken ist sie leicht in deren Richtung nach unten gebogen 1. Die "Thin Disk" in einem Bereich von Lichtjahren über und unterhalb der galaktischen Ebene 2. Die Gruppe der mittelalten Sterne (Alter bis zu 5 Milliarden Jahre) 3. Zwischen maximal 2500 Lichtjahren ober- und unterhalb der Hauptebene erstreckt sich die "Thick Disk Die große (links) und die kleine Magellansche Wolke. Quelle: NASA, 1987 de.wikipedia.org/wiki/magellansche_wolken 4

5 2.D) Das Galaktische Zentrum - ist das Massezentrum unserer Michstraße - liegt im Sternbild Schütze Die Lage des Milchstraßenzen trums. lch.html#kern - seit 2000 ist man sich sicher, dass Sagittarius A ein Schwarzes Loch beherbergt: Sagittarius A* - das galaktische Zentrum selbst ist hinter dunklen Staubwolken der interstellaren Materie verborgen Das Zentrum der Milchstraße. Sagittarius A beherbergt ein Schwarzes Loch. - ist Mittelpunkt der galaktischen Rotation aller im Milchstraßensystem vorhandenen Körper, Materie der Kernregion nimmt aber an dieser Rotation nicht Teil - bei Beobachtungen im Infrarot-Bereich: Sterne mit schnellen Umlaufgeschwindigkeiten um km/s entdeckt, nur durch die Schwerkraftwirkung von 2,6 Millionen Sonnenmassen auf engstem Raum zu erklären, diese Gegend wird als Sagittarius A bezeichnet : ein Kandidat für ein zweites Schwarzes Loch entdeckt: Objekt IRS : Beobachtung von Helligkeitsausbrüche mit Chandra in der Nähe von Sgr A* Stützung einer Theorie von 2003: das zentrale Schwarze Loch wird über kleinere Löcher "gefüttert" Das Schwarze Loch im Innern des Galaktischen Zentrums 3. Die Lage unserer Sonne in der Milchstraße = ein astronomisches Objekt, welches aufgrund seines starken Gravitationsfeldes die Raumzeit so stark krümmt, dass weder Materie noch Licht oder Information aus dieser Region nach außen gelangen können - endgültiger Beweis des Schwarzen Loches: plötzliche Kehrtwendung des Sterns S0-2, dieser besitzt 15-fache Masse und siebenfache Größe der Sonne -Sonne umkreist das Zentrum des Milchstraßensystems in einem Abstand von Ly -befindet sich etwa 15 Ly nördlich der Mittelebene der galaktischen Scheibe innerhalb des Orion-Arms, in einem weitgehend staubfreien Raumgebiet, das als "Lokale Blase" bekannt ist Aufgrund der hohen Geschwindigkeit des Sterns kann dieser Vorgang nur als Bahnbewegung um ein Schwarzes Loch interpretiert werden, Die Abb. zeigt unser galaktisches Zentrum mit Sagittarius A* und die umliegende Region von 10Ly. Diese Aufnahme im Röntgenlicht wurde vom Satelliten Chandra gemacht. Die heiße, leuchtende Materie umströmt ein sehr massives Schwarzes Loch (den hellen Fleck in der Bildmitte)! - für einen Umlauf um das Zentrum der Galaxis (= Galaktisches Jahr) benötigt sie 220 bis 240 Millionen Jahre (Rotationsgeschwindigkeit von etwa 220 km/s); Erforschung dieser Rotation ist mittels der Eigenbewegung und der Radialgeschwindigkeit möglich 5

6 4. Die Umgebung der Milchstraße - finden sich mehrere Zwerggalaxien (z.b. Große und kleine Magellansche Wolke) - Milchstraße+Andromedagalaxie+mehrere kleine Galaxien = Lokale Gruppe Milchstraße ist massereichste, hat aber nicht die größte Ausdehnung - nächste Galaxie ist Ly entfernt - Milchstraße und Andromedagalxie befinden sich auf Kollisionskurs, verschmelzen in ca. 2 bis 6 Milliarden Jahren Lokale Blase = ein weitgehend staubfreies Raumgebiet in der Umgebung der Sonne -die Materie in diesem Gebiet besteht aus zwei Komponenten, zum einen aus neutralem Wasserstoff mit einer Dichte von 0,05 bis 0,07 Atomen pro cm 3, zum anderen aus einem sehr dünnen und heißen Plasma mit einer Dichte von 0,001 bis 0,005 Atomen pro cm 3 und einer Temperatur von 1,4 Mio K -hat die Form einer Sanduhr -hat in der galaktischen Ebene einen Durchmesser von mindestens 300 Ly und weitet sich mit zunehmendem Abstand Unsere Schwestergalaxie : die Andromedagalaxie. -Vermutung: Lokale Blase hat senkrecht zur galaktischen Ebene keine Begrenzung, sondern ist offen 5. Quellenangabe Diese beiden Bilder zeigen gegen einen groben Eindruck über die Ausdehnung und die Struktur der Lokalen Blase.Sie stammen aus dem Buch "Die Milchstraße" (ISBN: von N. Henbest / H. Couper). Links rot eingezeichnet ist die Lage der Sonne. 6