Einführung in die Astronomie und Astrophysik II

Transkript

1 Einführung in die Astronomie und Astrophysik II A. Schweitzer Wintersemester 2016/2017

2 Galaxien Entfernungsbestimung (Wdh) Historisches Klassifikation Spiralgalaxien Elliptische Galaxien

3 Galaxien Entfernungsbestimung (Wdh) Historisches Klassifikation Spiralgalaxien Elliptische Galaxien

4 Entfernungsbestimung (Wdh) Photometrisch, bei bekanntem M: m M = 5 m log d 5 m + A(d) d Entfernung in pc A(d) interstellare Extinktion M unabhänig gemessen oder bekannt: Cepheiden: M V = 2.99 m lg P 1d 1.37m RR Lyrae: M = M(P) Supernovae Ia: M const 19 Vermessung des FHDs Novae, PNe, Kugelsternhaufen

5 Entfernungsbestimung (Wdh) Weitere (nicht photometrische): Durchmesser von H II Regionen Durchmesser von Sternhaufen etc. Hubblegesetz (siehe später) Distance ladder: Methoden müssen aneinander geeicht werden z.b. Cepheiden mit trigonometrischen Parallaxen

6 Galaxien Entfernungsbestimung (Wdh) Historisches Klassifikation Spiralgalaxien Elliptische Galaxien

7 Historisches 18. Jhdt. Messier, Herschel etc.: reine Kataloge Kant: Spekulation über Weltinseln meist uninteressant 19. Jhdt./Anfang 20. Jhdt. William Parsons (Earl of Rosse): Spiralstruktur parallel: Entdeckung unserer Milchstraße Debatte ob galaktisch oder extragalaktisch

8 Historisches Abbildung : M51 von Rosse (Quelle: commons.wikimedia.org)

9 Historisches Abbildung : NGC 7009 von Rosse (Quelle: commons.wikimedia.org)

10 Historisches Abbildung : M99 von Rosse (Quelle: commons.wikimedia.org)

11 Historisches Abbildung : M33 von Rosse (Quelle: commons.wikimedia.org)

12 Historisches 18. Jhdt. Messier, Herschel etc.: reine Kataloge Kant: Spekulation über Weltinseln meist uninteressant 19. Jhdt./Anfang 20. Jhdt. William Parsons (Earl of Rosse): Spiralstruktur parallel: Entdeckung unserer Milchstraße Debatte ob galaktisch oder extragalaktisch

13 Seit 1923: Hubble ( ): Entfernung zu M31 via Cepheiden (Artikel Extragalactic nebulae, Buch The Realm of Nebulae ) Heute: d(m31) 900kpc Entfernung: d(m31) d(galakt.zentrum) extragalaktisch Durchmesser: D(M31) > 2d(Galakt.Zentrum) größer als Milchstraße

14 Galaxien Entfernungsbestimung (Wdh) Historisches Klassifikation Spiralgalaxien Elliptische Galaxien

15 Klassifikation Hauptklassen: Spiralgalaxien Elliptische Galaxien Irreguläre Hubble Sequenz Abbildung : M101 (Quelle: commons.wikimedia.org)

16 Klassifikation Hauptklassen: Spiralgalaxien Elliptische Galaxien Irreguläre Hubble Sequenz Abbildung : NGC1426 (Quelle: commons.wikimedia.org)

17 Klassifikation Hauptklassen: Spiralgalaxien Elliptische Galaxien Irreguläre Hubble Sequenz Abbildung : SMC (Quelle: commons.wikimedia.org)

18 Klassifikation Hubblesequenz: (Quelle: commons.wikimedia.org)

19 Klassifikation Hubblesequenz: Spiralgalaxien mit (SB) und ohne Balken (S) auch als später Typ bezeichnet

20 Klassifikation Hubblesequenz: Übergangstyp Linsenförmig (S0, SB0)

21 Klassifikation Hubblesequenz: Elliptische Galaxien auch als frühe Typen bezeichnet

22 Klassifikation Hubblesequenz: Idee: Entwicklung. Aber falsch! Terminologie in Gebrauch!

23 Klassifikation Spiralgalaxien ohne Balken Sa Sc: geringere Dominanz des Bulge, Spiralarme werden weiter

24 Klassifikation Spiralgalaxien mit Balken ca % aller Spiralgalaxien haben Balken

25 Klassifikation Linsenförmige Zwischentyp zu elliptischen Galaxien, schwache Scheibe

26 Klassifikation Elliptische Galaxien Elliptizität durch Blickwinkel!

27 Klassifikation Neuere Klassifikationen: van den Bergh: Luminosity classes Class I: ausgeprägte Arme Class V: weniger ausgeprägte Arme KEINE Korrelation mit absoluten Helligkeiten M B de Vaucouleur: Sd, SBd Zwischentypen Im und Ir

28 Klassifikation Abbildung : (Quelle: commons.wikimedia.org)

29 Galaxien Entfernungsbestimung (Wdh) Historisches Klassifikation Spiralgalaxien Elliptische Galaxien

30 Spiralgalaxien Morphologische Eigenschaften: Arme: Junge Sterne Bulge: Alte Sterne Staub und Gas in der Scheibe Sternentstehung Spektrum: Starke Metalllinien Sc/Sd blauer als Sa/Sb Farb-Gradient: Innen Rot, Außen Blau Physikalische Eigenschaften: M M M/L B 2 12 abhängig von Hubble Typ Metallizitätsgradient: Innen Metallarm, außen metallreich

31 Spiralgalaxien

32 Spiralgalaxien Morphologische Eigenschaften: Arme: Junge Sterne Bulge: Alte Sterne Staub und Gas in der Scheibe Sternentstehung Spektrum: Starke Metalllinien Sc/Sd blauer als Sa/Sb Farb-Gradient: Innen Rot, Außen Blau Physikalische Eigenschaften: M M M/L B 2 12 abhängig von Hubble Typ Metallizitätsgradient: Innen Metallarm, außen metallreich

33 Spiralgalaxien Rotationskurven: Aus Kräftegleichgewicht und Gravitation muss gelten: bzw. oder mv (r) 2 r = GM r m r 2 M r = V (r)2 r G V (r) = GMr r

34 Spiralgalaxien Für Zentralmasse, M r = const: V r 1/2 (Keplerrotation) Ansonsten gilt die Massenerhaltung: dm r dr = 4πr 2 ρ ρ(r) berechenbar und mit Stern-, Staub- und Gasdichteverteliung vergleichbar.

35 Spiralgalaxien

36 Spiralgalaxien

37 Spiralgalaxien

38 Flache Rotationskurve V = const beobachtet außerhalb des innersten Bereichs aus Kräftegleichgewicht: dm r dr = V 2 G Zusammen mit Massenerhaltung: ρ r 2 ρ(r) = V 2 4πGr 2 aber die Sternverteilung: r 3.5! dark matter oder missing light

39 Rotationskurve im innersten Teil Innen gilt: V (r) r bzw. Ω = const. Rotation eines starren Körpers ρ const.

40 Spiralgalaxien Ansatz für die beiden Teile (Starrer Körper innen und flache Kurve außen): Milchstraße: ρ(r) = C 0 a 2 + r 2 C M, a 2.8 kpc r a r 2 r a a 2 = const. r 2 kann nichr für alle r gelten, da die Masse bzw. das Integral über ρ(r) unendlich wird Spiralgalaxien: ähnliche Werte.

41 Spiralgalaxien: Tully-Fisher Beziehung Maximale Rotationsgeschwindigkeit und Helligkeit: Abbildung : (Quelle: commons.wikimedia.org)

42 Spiralgalaxien Tully-Fisher Beziehung: (Maximale) Rotationsgeschwindigkeit aus H I 21 cm Beobachtungen Maximale Rotationsgeschwindigkeit V max korreliert mit M B M = C log V max + const Leichte Unterschiede für unterschiedliche Hubble-Typen: C erklärbar aus Masse-Leuchtkraftverhältnis und Flächenhelligeit

43 Galaxien Entfernungsbestimung (Wdh) Historisches Klassifikation Spiralgalaxien Elliptische Galaxien

44 Elliptische Galaxien

45 Elliptische Galaxien Definition Hubble-Typ Eɛ: ɛ = 10 (1 β/α) E0: α = β, sphärisch E7: α = 3β, bisher extremster Typ keine physikalische Bedeutung meist abgeflacht und axial-symmetrisch auch triaxiale Galaxien möglich

46 Elliptische Galaxien

47 Elliptische Galaxien Morphologische Eigenschaften: Wenig Gas 50% der Galaxien haben (dünne) Staubscheiben meist keine Sternentstehung Farb-Gradient? : Innen Rot, Außen Blau? Physikalische Eigenschaften: M M D kpc M/L B Metallizitätsgradient? : Innen Metallarm, außen metallreich? Starke Streuung! andere Charakterisierung nötig

48 Elliptische Galaxien cd Galaxien grösste und massivste Galaxien M bis zu M im Zentrum von Galaxienhaufen M/L B > 500 Dunkle Materie Normale E s M M M/L B Kleine E s: Zwerggalaxien dwarfs spheroidals blue compact dwarfs: aktive Sternentstehung