6. Galaxien und Quasare

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1 6. Galaxien und Quasare Hubbles Galaxiensystematik Milchstraße Quasare

2 6.1 Hubbles Galaxiensystematik

3 Systematik der Galaxien nach E. Hubble Die Gestalt der Galaxien enthält Hinweise auf innere Eigenschaften und auf frühere Wechselwirkungen mit anderen Galaxien. Die größten elliptischen Galaxien erweisen sich als ziemlich einheitlich, und daher dienen sie als Normobjekte für die Entfernungsbestimmung (trigonometrisch und photometrisch).

4 Elliptische

5 Elliptische Galaxien NGC 4881, E, Coma-Haufen, >300 Mill. Lj M 87, E1, Virgo-Haufen, 60 Mill. Lj

6 M31, M32 und M110: Nachbarn in der Lokalen Gruppe M31: D 2.5 Mill. Lj v radial 260 km s Zentralregion: optisch: 2 Kerne? M32 (E2) M31 (Sb) HST X-Emission: viele Nebenquellen M110 (E5) Chandra OPTISCH HST

7 Heißes intergalaktisches Gas in reichen Galaxienhaufen Der Galaxienhaufen Abell 2125 enthält mehrere hundert Galaxien, eingebettet in heißes Gas ( K), dessen Röntgenemission im linken Bild gelb bis rot markiert ist. Die Galaxie C153 durchläuft den Cluster zentrumsnah mit etwa 2000 km/s. Dabei verliert sie große Teile ihres interstellaren Gases an den Cluster. Das weiter erhitzte Gas bildet einen Schweif hinter C153 (Bildausschnitte). CHANDRA X-Teleskop

8 Spiralen und Balkenspiralen

9 Spiralen und Balkenspiralen M 104, Typ Sa, 50 Mill. Lj M 31, Typ Sb, 2.5 Mill. Lj M 33, Typ Sc nahe M 31 Milchstr.-Modell Typ SABbc, Lj Balken NGC 1300, Typ SBbc Lj, 70 Mill. Lj NGC 1365, Fornax cluster Lj, 60 Mill. Lj

10 Große Magellansche Wolke (GMW) irregulär mit Balken Typ SBm Lj links oben: Tarantel-Nebel (30 Doradus) Ort der Supernova 1987A

11 Chemische Elemente in der großen Magellanschen Wolke Nur Licht aus atomaren Übergängen, Sternlicht eliminiert Wasserstoff: rot-violett Schwefel: gelb Sauerstoff: grün

12 Dichtewellen durch gedrehte Ellipsen erzeugen

13 Irreguläre

14 Lokale Gruppe 3D (3-Mill.-Lj-Umgebung)

15 Irreguläre Galaxie NGC 6822, nur 1.5 Mill. Lj entfernt NGC 6822 hat ungewöhnlich viele große H-II-Regionen. Das sind heiße Wolken aus verdünntem Wasserstoff. Sie leuchten rot im Licht der Balmer-Serie.

16 Irreguläre Zwerggalaxie Leo I Typ: Irreguläre Lokale Gruppe Entfernung: Mill. Lj Durchmesser: Lj

17 Entwicklung

18 Einordnung der Hubble Deep Fields Heute, 13.7 Mrd. Jahre nach dem Big Bang, zeigt uns das Hubble Ultra Deep Field Objekte aus einer Epoche nur 400 Mill. Jahre nach dem Big Bang. Diese Objekte waren Zwerggalaxien. HST

19 Galaxienverschmelzung NGC4038/NGC4039 HST

20 NGC4038/NGC4039 Antennengalaxie Wachstum von Galaxien vorwiegend durch Verschmelzung kaum unmittelbare Sternkollisionen vorwiegend Kollision der Wolken des interstellaren Gases, dabei Verdichtungen, eruptive Sternbildung (starburst)

21 Verschmelzung von Galaxien: NGC2207 und IC2163)

22 Wagenrad-Galaxie: Nach frontaler Kollision Entfernung: 500 Mill. Lj Vor 200 Mill. Jahren ereignete sich eine frontale Kollision mit der Galaxie links oben. Davon war hauptsächlich das interstellare Gas beider Galaxien betroffen. Als deutlich sichtbare Folgen sind der Ring mit intensiver Sternbildung, der Schweif neutralen Wasserstoffs bis hin zum Stoßpartner und die Feinstruktur im zentralen Bereich anzusehen. Aufnahmen: Hubble Space Telecope und Very Large Array

23 6.2 Milchstraße

24 Ansichten

25 Sonnensystem: Position in der Galaxis Milchstraße: Durchmesser Lj Gesamtmasse 400 Mrd. M O Spiralarme sind Dichtewellen im H-Gas schwarzes Loch im Zentrum (2.6 Mill. M O ) Halo, Durchmesser Lj im Halo etwa 160 Kugelsternhaufen Korona, Durchmesser Lj Sonne: Lj vom Zentrum 1 Umlauf in 200 Mill. J, 250 km/s

26 Milchstraße: Mögliche Ansicht von außen Balken-Spirale Durchmesser Lj Hubble-Typ SABbc Zentralbereich - alte, rote Sterne Spiralen - junge, blaue Sterne

27 Milchstraße im Sichtbaren: Staub verhüllt das Zentrum

28 Milchstraße im Sichtbaren: Staub verhüllt das Zentrum

29 Galaxis: Elektromagnetische Emission von Radio bis Gamma Radiokontinuum, 408 MHz, Bonn, Jodrell Banks, Parks atomarer Wasserstoff, 21-cm-Linie, Leiden-Dwingeloo, Maryland-Parkes Radiokontinuum, GHz, Bonn, Parks molekularer Wasserstoff, 115 GHz, Columbia GISS Infrarot, 12/60/100 µm, IRAS nahes Infrarot, 1.25/2.2/3.5 µm, COBE, DIRBE optisch, Laustsen et al. Röntgen-Strahlung, 0.25/0.75/1.5 kev, ROSAT, PSPC Gamma-Strahlung, >190 MeV, CGRO, FGRET

30 Milchstraße: Radioemission der Zentralregion Radioquelle Sgr A und Umgebung: Die Bogenquelle (unten) liegt außerhalb der galaktischen Ebene.

31 Zentrales Schwarzes Loch

32 Milchstraße: Schwarzes Loch im Zentrum Sterne und Gaswolken umlaufen das galaktische Zentrum im Abstand r mit Geschwindigkeiten v(r) = s G M(r) die durch die eingeschlossenen Massen M(r) bestimmt sind (G Gravitationskonstante). Die Messung von v(r) liefert daher die Masseverteilung (Bild). r, M J homogene Verteilung Dichte M J /pc 3 Danach befinden sich 2.61 Mill. Sonnenmassen in einer 0.1-pc- Umgebung des Zentrums. Diese Masse ist nicht homogen verteilt. Ein mögliche Interpretation ist ein zentrales Schwarzes Loch. nach Ott, MPE in der MPG

33 Milchstraße: Aktives Zentrum Ultrarot-Bilder der Sternbewegung um das Zentrum (links, Pfeile) veweisen auf ein Schwarzes Loch mit etwa 2.6 Mill. Sonnenmassen. Im Röntgenbereich (rechts) werden mehrere variable stellare Quellen sichtbar. Das Zentrum liegt knapp oberhalb der Quelle C.

34 Milchstraße nahe Sgr A : Auflösung einzelner Sterne Die Radioquelle Sgr A ist Sitz einer supermassiven Schwarzes Lochs von etwa 2.6 Mill. Sonnenmassen. Das ist unumstößlich erhärtet worden durch die Beobachtung der Bewegung einzelner Sterne im Gravitationsfeld des Schwarzen Lochs. Der Europäischen Südsternwarte (Cerro Paranal) galang der Nachweis mit Hilfe des 8-m-Teleskops YEPUN und der Kameratechnik NACO, die den störenden Einfluss der Erdatmosphäre kompensiert. Für einen Stern besonders dicht bei Sgr A konnte die geschlossene Bahn eine Stern (Ausdehnung etwa 3 mal Plutobahn) beobachtet werden. Interferometer am Keck-Teleskop

35 Dunkle Materie

36 Milchstraße: Dunkle Materie in der Korona und im Halo Schließt man zunächst dunkle Materie aus, so sollten Objekte außerhalb des leuchtenden Bereichs das Zentrum mit Geschwindigkeiten v(r) = r GMleucht r r 1 r, umlaufen (blau). Die Messung liefert aber eher konstante Geschwindigkeiten (rot). Offenbar sorgt Dunkle Materie auch in großen Abständen für M(r) = M leucht (r) + M DM (r) r. leuchtend Halo Korona

37 6.3 Quasare

38 Quasi-stellare Objekte (QSOs) In optischen Teleskopen erscheinen QSOs wie die Sterne als punktförmige Quellen. Aus der zeitlichen Änderung ihrer Leuchtkräfte entnimmt man Ausdehnungen der Größenordnung Lichtstunden, aber sie können Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sein. Bild unten: Quasar mit Rotverschiebung z = 5.8.

39 Quasare in zunehmend gestörten Galaxien (v. l. nach r.) PG Mrd. Lj IRAS Mrd. Lj PG Mrd. Lj PHL Mrd. Lj PG Mrd. Lj Hubble Space Telescope IRAS Mrd. Lj

40 Aktive Galaxienkerne: Schematisch Aktive Galaxienkerne sind ziemlich einheitlich aufgebaut: ein zentrales Schwarzes Loch (einige M J ), umgeben von einem accretion disc beidseitig Jets entlang axialer Magnetfelder, an den Enden Radioflügel breite Emissionslinien aus der Umgebung des accretion disc, schmale von weiter außen ein Torus aus rotierendem Material verdeckt das Zentrum Typen Seyfert I, QSO, Seyfert II, Blazar, BL Lac je nach Draufsicht, Leuchtkraft und Entfernung Seyfert II ց QSO Seyfert I BL Lac Blazar ւ Radioflügel Jet Schwarzes Loch accretion disc Torus Jet Radioflügel