Galaxien: Überblick Milchstraße Elliptische Galaxien Spiralgalaxien Zwerggalaxien aktive Galaxien

Transkript

1 Galaxien: Überblick Milchstraße Elliptische Galaxien Spiralgalaxien Zwerggalaxien aktive Galaxien

2 Was wollen wir über Galaxien wissen? Arten/Typen gemeinsame und spezielle Eigenschaften Entstehung; Entwicklung Verteilung, Vorkommen Energiehaushalt; Energiequellen Dynamik; Materie galakto-chemische Entwicklung: Elementsynthese; Materiekreislauf Verständnis der Milchstraße

3 Überblick - Morphologie Galaxien haben unterschiedliches Erscheinungsbild auch unterschiedliche Eigenschaften? Zusammenhang zwischen diesen morphologischen Typen? Hubble ordnete morphologische Typen (willkürlich)

4 Elliptische Galaxien Galaxien mit etwa elliptischen Isophoten keine weitere Struktur Elliptizität =1-b/a (a, b: große bzw. kleine Hauptachse), von 0 bis etwa 0.7 Unterklassen En, mit n=10 ; E0: kreisförmige Isophoten offensichtlich Projektions-Effekte wichtig, daher Klassifikation nicht unbedingt aussagefähig andererseits Elliptizität auch nicht nur projektions-bedingt elliptische Galaxien = "Frühtyp" - ohne Bedeutung

5 Spiralgalaxien Scheibe mit Spiralarmstruktur und zentraler Verdickung (bulge) zwei Hauptklassen: normale (S) und Balken- (SB) - Spiralen; letztere zeigen balkenförmige Struktur vom Bulge ausgehend weitere Unterklassen (a, ab, b, bc, c, cd, d) entsprechend dem Verhältnis Bulge zu Scheibe werden "früh" bis "spät" genannt Bezeichnung ohne jede wirkliche Bedeutung! ebenso Spiralgalaxien = "Spättyp" ohne Bedeutung

6 Irreguläre Galaxien haben wenig (Irr I) oder keine (Irr II) reguläre Struktur Spiralsequenz mittlerweile um Spezialtypen erweitert; Klassen Sdm, Sm, Im (m für Magellansche Wolken) Große Magellansche Wolke ist SBm S0-Galaxien Zwischentyp; linsenförmig (lenticulars); S0 oder SB0 Bulge und umhüllendes Gebiet ohne Helligkeitsstruktur, bzw. Scheibe ohne Spiralstruktur

7 Morphologie Die Hubble-Sequenz illustriert mit echten Galaxienaufnahmen

8 Ein Bilderbuch: Elliptische Galaxien M49 (E1) im Virgo-Haufen M86 (S0 oder E0?) im Virgo-Haufen M32 (E2); Zwerggal. Begleiter von M31 NGC5128 (Cen A); E0; pekuliär wg. Radio und Röntgen-Emission; Staubband M110 (E6); Zwerggal. Begleiter von M31 M59 (E5) im Virgo-Haufen

9 ... noch mehr Bilder: Spiralgalaxien M64 (Sab) in Coma Berenices NGC1300 (SBc) M31 (Sb) Andromeda-Nebel M58 (SBc) Virgo-Haufen M33 (Sc) lokale Gruppe M104 (Sab) Sombrero-Galaxie M102 (S0); SpindelGalaxie im Drachen

10 ... und immer noch mehr schöne Bilder IC4182: Irr (Spiral) SMC (Irr) LMC (SBm) NGC2276 (Sc) NGC5383 (SBb) NGC2685 (S0p) Es gibt noch weitere, in der Hubble-Klassifikation nicht enthaltene Typen

11 Leuchtkraft-Funktion für Galaxien Schechter schlug 1976 eine globale Funktion für die Anzahldichte aller Galaxien als Funktion ihrer Helligkeit vor L L L = exp L L L wobei typische Werte für die verschiedenen Konstanten sind: 10 2 L B, 10 L B, h oder M B, log h 0.01 Mpc 3 h L M B = 2.5log 5.48 L B,

12 Die Milchstraße galaktische Koordinaten: sphärisch, mit Zentrum "hier" Richtung zum Zentrum und Rotations-Nordpol ausgezeichnet Galaktische Ebene (s. Band der Milchstraße) b: gal. Breite (Höhe über Galaktischer Ebene); l: gal. Länge (dazu senkrechte Winkelkoordinate); l=0, b=0: Zentrum; b=90o NGP (12h51min; 27.13o in äquatorialen Koordinaten) daneben zylindrische Koordinaten mit gal. Zentrum als Ursprung (R,z, )

13 Struktur der Galaxie Typ: Sbc (oder SAB(rs)ab?) bekannte Komponenten sind: Scheibe mit Spiralarmen zentraler Bulge sphärischer Halo vermutlich ein Balken Entfernung zum Zentrum (in Richtung Sternbild Sagittarius) R0 = 8.5 kpc (oder 8 s.u.) Geschwindigkeit der Sonne um Zentrum 220 km/sec Durchmesser der Scheibe etwa 50 kpc Halo mindestens ebenso groß M = 1.3 x 1012 M ; L = 3.6 x 1010 L ; LB = 2.3 x 1010 L

14 Die Milchstraße - Darstellungen

15 Entfernungen und Geschwindigkeiten Vermessung der Struktur und Kinematik der Galaxis Entfernungen über Sterne (z.b. Typen bekannter absoluter Helligkeit oder Pulsationsveränderliche) und statistische Methoden (Sternstromparallaxe) Geschwindigkeiten: in radialer Richtung von der Sonne: Dopplereffekt -> Radialgeschwindigkeit vr in tangentialer Richtung als Änderung des Positionswinkels -> Eigenbewegung mit Entfernung -> Tangentialgeschwindigkeit D t daraus 3-dim. Bewegung relativ zur Sonne v = D =4.74 v t k m/ s 1 pc 1 ' '/ Jah r

16 Absorption und Extinktion Staub und Gas, vor allem in der Scheibe, schwächen Licht (frequenzabhängig -> Rötung) einerseits undurchsichtige Scheibe (wir sehen nur nahe Umgebung und außerhalb der Scheibe) andererseits bei bekanntem Spektrum und Absorptionsverhalten Möglichkeit der Entfernungsbestimmung in Sonnenumgebung ist Absorptionskoeffizient im Visuellen etwa D a V 1 m a g 1 kpc

17 Anzeichen Dunkler Materie Bewegung der Sonne um Materie innerhalb ihres Radius G M r v = r aus sichtbarer Materie (und bekanntem stellaren M/L) sowie r = 8 kpc erwartet man 160 km/s; beobachtet sind aber 220 km/s also: innerhalb der Sonnenbahn muss mehr Masse sein, als man aus Stern- und Gasabschätzungen erwartet (etwa 2-mal)

18 Sternverteilung in der Galaxis Scheibe besteht aus zwei Komponenten: dünne Scheibe: jung, jetzt Sternentstehung; größter Staub- und Gasanteil; etwa solare Metallizität dicke Scheibe: älter und weniger aktiv; ebenfalls Z Bulge: wegen av = 28 (!) mag nur im IR sichtbar zentrale, balkenförmige Verdickung, etwa 1kpc groß; alte und junge Sterne; Metallizität von Z /2 bis 3xZ sichtbarer Halo: Feldsterne und Kugelsternhaufen; alt, metallarm (Z /100); 50 kpc Dark Matter Halo: mindestens so groß wie sichtbarer Halo; Art der Materie unbekannt

19 Daten zur Scheibe Sterndichte folgt Exponential- (hier) oder Potenzgesetz (allgemein) mit typischer Skalenhöhe Dichteverteilung (aus Sternzählungen) n r, z = n0 exp z/ hthin 0.02exp z/ hthick exp r/ h R neutrales Gas M (1010 M ) dünne Scheibe 0.5 L (1010 L ) -M/LB -Durchm. (kpc) 50 Skalenhöhe (kpc)0.16 w (senkr. Scheibe) 5 [Fe/H] >0.1 Alter (Gyr)?? dicke Scheibe < bis ?? km/sec hr: 3.5 kpc n0: 0.02 Sterne/pc3

20 Spiralarme der Milchstraße Sterne umlaufen Massenzentrum auf Kepler-Bahnen (Schwerkraft = Fliehkraft; wie Planeten) Spiralarmstruktur aufgeklärt durch Beobachtungen in der 21cm-Linie des neutralen Wasserstoffs (Radiobereich)

21 Spiralstruktur Spiralstruktur wird durch junge, heiße O-Sterne charakterisiert alte, rote Sterne weit gleichmäßiger verteilt (geflohen) Sonne nahe, aber nicht in einem Spiralarm (Orion-Arm) Struktur in Sonnenumgebung: links 500 pc, rechts 3 pc

22 Stellarer Halo sphärisch; Durchmesser 100 kpc ; = 90 km/s ( : Geschwindigkeits-Dispersion) Dichteverteilung Potenzgesetz r-3.5 ; Skalenhöhe 3 kpc Metallizität [Fe/H] = (Rekordstern -5.4) Alter der Kugelsternhaufen Gyr (metallreichere etwas jünger) Masse 109 M ; Leuchtkraft 109 L ; M/L = 1 KSH machen nur 1% der Masse aus (etwa 100 mit je 105 Sternen)

23 Der Bulge Masse 1010 M ; Leuchtkraft L ; M/L = 3 Flächenhelligkeits-Profil ähnlich dem von elliptischen Galaxien "effektiver" Radius (halbe Zentralhelligkeit) 0.7 kpc Balkenform? Skalenhöhe 400 pc; Abplattung 0.6 Metallizität reicht von [Fe/H] = -1 bis +1 (10x solar!!); Mittelwert 0.3 (2x solar!) Alter unklar; auf jeden Fall auch 10 Gyr und darüber, vermutlich auch sehr junge Sterne vorhanden unklar, ob Bulge zu Halo, oder zu Scheibe gehört (wichtig für Entstehungs-und Entwicklungsgeschichte)

24 Das Galaktische Zentrum wo liegt das Zentrum? wie zu definieren? Informationen wegen Extinktion nur aus Radio,- IR-, Röntgen-, nicht aber aus optischen Beobachtungen optisches Bild in Richtung galaktischer Kern zeigt Gas/Staub-Wolken, viele Nebel und Sternhaufen und "Baades Fenster"

25 Radioquelle im Zentrum Sgr A East: (20cm Kont.) Sgr A West: (6cm Kont.) Ring um Kern: (HCN Em.-Linie) da andere Galaxien oft kompakte Radioquelle im Zentrum haben, ist Sgr A guter Kandidat für Zentrum unserer Galaxie

26 Infra-Rot Position von Sgr A zwischen IR und Radio abgeglichen im IR bessere Auflösung (Interferometrie) bei 2 µm kompakter Sternhaufen sichtbar, zentriert auf Sgr A* wegen hoher Dichte (Stöße) erwartet man nahezu konstante Geschwindigkeit aber ~ 55 km/s bei 5 pc, und ~ 180 km/s bei 0.15 pc! zentrale Massenkonzentration! Massenbestimmung: M = (2.7 ± 0.4) 106 M innerhalb 0.01 bis 0.5 pc (also Punktmasse innerhalb 0.01 pc!)

27 Der zentrale Sternhaufen der zentrale Sternhaufen und die Bewegung seiner Mitglieder M(r) innerhalb Sgr A* durch Vermessung der stellaren Geschwindigkeiten (blau); rot: M(r) für zentrale Punktmasse plus Haufen (grün, 2 zentrale Dichten)

28 Das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße einige Sterne erreichen bis zu 1400 km/s nur 0.1 arcsec von Sgr A* Kepler-Gesetz für v(r) in Sternhaufen (Eigengravitation) nur außerhalb 1 pc aber wie Haufen + Punktmasse (Mill. Sonnenmassen) bis zu 0.01 pc -> Schwarzes Loch aufgrund der hohen Dichte (> 1018 M /pc3), am Ort der zentralen Radioquelle Sgr A* Sgr A* selbst hat nur < 20 km/s; also auch dynamisches Zentrum mittlerweile auch Beschleunigung der Sterne vermessen -> im Brennpunkt steht Sgr A*

29 Stern S2 kreist um das zentrale Schwarze Loch Bewegung des Sterns S2 vermessen (Winkelbewegung); umkreist Schwarzes Loch (Sgr A*) in einigen Jahren; Geschwindigkeiten über Spektroskopie bekannt; aus Integration geometrische Bahnlänge und damit auch Entfernung zu Objekt: 7.94 kpc

30 Elliptische Galaxien Normale Ellipsen: Riesen (ge) mit MB~-23, normale (MB~-18) und kompakte (ce) elliptische Galaxien (MB~15); auch S0 zahlenmäßig größte Gruppe in Galaxienhaufen (M87, Typ E1) oft dominierende Zentralgalaxie in Haufen; besonders leuchtkräftige werden mit cd (z.b. M87) bezeichnet Zwergellipsen (de): im Vergleich zu ce deutlich kleinere Flächen-helligkeit und niedrigere Metallizität (Isophoten von PKS )

31 Helligkeitsprofil de Vaucouleur-Profil der Flächenhelligkeit: r1/4-gesetz Helligkeitsprofil von NGC4472 [ ] I r r log = Ie re 1/ 4 1 I: Flächenhelligkeit re: "effektiver" Radius, bei dem Hälfte der Gesamtleuchtkraft erreicht ist Ie: I(re)

32 Zusammensetzung von Elliptischen wenig Gas (früher meinte man: "kein Gas") heißes Gas (107 K; Röntgen-Emission) H Emission von warmem Gas (104 K) kaltes Gas in 21-cm (HI) und CO (100 K) aber deutlich weniger als in Spiralgalaxien > wenig Sternentstehung, wenig junge, heiße Sterne Staub (in etwa 50% aller E-Galaxien); teils als Scheibe Metallizität zum Zentrum hin ansteigend aus Farbgradient (röter -> mehr Metalle)

33 Dynamik von Ellipsen Abplattung durch Rotation? dann Rotationsgeschwin-digkeit vrot ~ Geschwindigkeitsdispersion v gemessen aber vrot/ v 1 außerdem sind Es triaxial (also keine Rotationsachse) Form bestimmt durch Ver-teilung der stellaren Orbits als Resultat der Entstehung bzw. Entwicklung x: Bulges von Scheibengalaxien : ellptische Galaxien -> hellste Es nicht rotationsstabilisiert, sondern durch anisotrope Verteilung im Geschwindigkeitsaum; die Dynamik ist durch das großräumige Gravitationspotential bestimmt.

34 Zentralgebiete elliptischer Galaxien einige hilfreiche globale Parameter: Kernradius rc zentrale Flächenhelligkeit zentrale Geschwindigkeitsdispersion 1 I r c = I r=0 2 0= r=0 =v v es existieren z.t. erstaunliche Korrelationen zwischen diesen 2 Größen Kerne wichtig für dynamische Entwicklung 2 2

35 Faber-Jackson-Beziehung Faber-Jackson: Beziehung zwischen zentraler Geschwindigkeitsdispersion und Gesamthelligkeit von elliptischen Galaxien: L B 40

36 Ergebnisse kinematischer Untersuchungen leuchtschwache Ellipsen können rotations-abgeflacht sein, helle elliptische Galaxien aber sind anisotrop Kerne können gegensinnig rotieren -> Entstehung elliptischer Galaxien nicht aus gleichförmigem Kollaps einer großen Gasmasse, sondern eher aus Verschmelzen kleinerer Teile hohe Geschwindigkeiten(-dispersionen) im Zentrum: Hinweis auf Existenz Schwarzer Löcher (in einigen elliptischen Galaxien) ebenso in äußeren Bereichen Anzeichen von Dunkler Materie (Bewegung von 'Testteilchen'); steigt nach außen an

37 Fundamental-Ebene von Elliptischen globale Parameter von elliptischen Galaxien: Effektivradius re mittlere Flächenhelligkeit Ie innerhalb re zentrale Geschwindigkeitsdispersion c Leuchtkraft L (oder MB) Masse M stehen in Beziehung zueinander über I e= L 2 r 2 e M =c 20 re Def. der mittl. Flächenhelligkeit; Virial-Gleichgewicht c r e= 2 M L 1 --> erwartete Beziehung 02 I 1 e

38 Fundamental Plane / 2 man erwartet, da M/L und c (Struktur-Parameter, der Details der Galaxienstruktur enthält) etwa gleich für alle Es sein sollte, dass re, Ie, und c eine Hyperfläche beschreiben sollten tatsächlich gefunden, mit erstaunlich wenig Dispersion (<10%) empirischer Befund: entspricht Erwartung, falls: also: Dynamik, M/L, DM, etc. variieren 2 kaum! M 0.85 r e 1.4 I c e c L M 0.2 L 0.25

39 Populationen in elliptischen Galaxien Ell. Galaxien sind "rot" und zeigen integrierte Spektren wie Rote Riesen -> es fehlen massereiche junge Sterne, alte dominieren -> dominierende Population > 5 Mrd. Jahre alt rote Farben kann aber auch Folge von hohem Metallgehalt sein -> Alter-Metallizitäts-Entartung; verhindert genaue, unabhängige Bestimmung von beidem Ell. Gal. scheinen aber sowohl metallreich (bis super-solar) und alt zu sein (im Gegensatz zur galaktischen Population I) gleichzeitig Überhäufigkeit von Elementen wie O, Mg, Ca ( -Elemente, da durch -Einfang auf O in Supernovae II entstanden) -> hohe Sternentstehungsrate zu Beginn der Entwicklung, dann stark abfallend Metallgehalt radial abfallend, also abnehmende Sternentstehung

40 Spiralgalaxien Trends innerhalb Spiralsequenz (von a- bis c-typen): abnehmendes Bulge-zu-Scheibe-L-Verhältnis (0.3 zu 0.005) zunehmender Öffnungswinkel der Arme (von 6o zu 18o) Helligkeitsstruktur entlang der Arme nimmt zu (glatt zu klumpig) Helligkeits-/Massenbereich von Spiralen kleiner als bei Ellipsen: -16 > MB > -23; 109 < M/M < 1012 es gibt zwar Zwerg-Ellipsen, aber keine Zwerg-Spiralen (stattdessen Zwerg-Irreguläre) (M81 in UMa; Sb)

41 Helligkeitsprofil Bulge und Scheibe unterschiedliche Profile Bulge: de Vaucouleur-Profil (wie elliptische Galaxien) [ ] r r = e re 1/ log I Scheibe: Exponential-Gesetz (wie unsere Scheibe) r r = hr µ0: zentrale Helligkeit der Scheibe (in Magnituden); nicht direkt messbar, sondern nur aus Extrapolation des Gesetzes zu r=0 erhältlich; empirisch: relativ einheitlich für alle Sub-Typen B-mag/arcsec2 h : Skalenlänge der Scheibe r

42 Rotationskurven einfach zu messen für Spiralen, die von der Seite gesehen werden (Dopplereffekt) Inklination korrigierbar (Annahme: kreisförmig) Spektrallinien von Sternen und 21cm-Linien des HI-Gases (neutraler H): HI-Scheibe meist deutlich größer als Sternscheibe Befund: Rotationskurven von Spiralgalaxien fallen nicht ab für r > hr, wie aus Lichtverteilung zu erwarten, sondern bleiben flach daher: Dynamik von Materie bestimmt, die nicht wie Sterne leuchtet -> Dunkle Materie

43 beobachtete Rotationskurven NGC3198: beobachtete Rotationskurve und abgeleiteter Effekt durch Halo Dunkler Materie Beispiele von Rotationskurven; alle flach; Amplitude höher für frühe Typen

44 Stellare Populationen und Gasgehalt Farbe (B-V): 0.75 (Sa), 0.52 (Sb), 0.52 (Sc), 0.3 (Irr) zur Erinnerung: kleine Werte <=> blauer also höherer Anteil massereicher (junger) Sterne auch entlang Spiralarme: knotige Sc-Arme -> junge Sterne zunehmend aktivere Sternentstehung mit Galaxientyp Gasanteil höher entlang Hubble-Sequenz: <Mgas/Mtot>=0.04, 0.08, 0.16, 0.25 (Sa, Sb, Sc, Irr) Farbgradient: röter innen wegen Metallizität (höher innen; Bulge!) weniger Sternentstehung (weniger Gas im Bulge), also ältere Sternpopulation

45 Spiralstruktur könnten "materiell" sein, also aus Sternen und Gas bestehen, die wie Rest der Scheibe um Zentrum rotieren aufgrund der notwendigen differentiellen Rotation aber müssten sie sich sehr schnell aufwickeln (Umlaufszeit ca. 108 Jahre) Spiralarme sind quasi-stationäre Dichtewellen Dichte 10-20% höher als in Umgebung in Welle eintretendes Gas wird komprimiert, kann Kollaps beginnen -> Sternentstehung -> blaue Farbe viele der jungen Sterne schon wieder verloschen, wenn Dichtewelle vorüber

46 Schwarze Löcher in Spiralgalaxien Wiederholung: Schwarzschild-Radius ist r S= 2GM c 2 ein schwarzes Loch kann also erwartet werden, wenn die Massenkonzentration innerhalb eines Volumens genügend groß ist für Sonne ist rs=3 km; für das BH im Galaktischen Zentrum etwa 7.5 Mill km (6 µarcsec) -> nicht auflösbar! M r S= c m M charakteristische Geschwindigkeit im Abstand r vom BH mit Masse M Geschwindigkeiten um BH bis über 1000 km/s 5 bh ist G M bh /r

47 Entdeckung Schwarzer Löcher für genügend kleine Radien wird Kinematik der Umgebung vom BH alleine bestimmt r B H= G MB H 2 ~0.4 MB H 6 10 M als Winkel: ~ 0.1 arcsec/abstand in Mpc; nahe Galaxien! 100 k m/ s 2 pc also hohe Auflösung (Hubble Space Telescope) notwendig, um Kinematik nahe genug an BH messen zu können je schlechter Auflösung, desto höher muss MBH für Nachweis sein BH, falls Geschwindigkeitsdispersion (oder Rotation) nach innen ansteigt, etwa wie 1/ 2 Probleme: Projektionseffekte und komplizierte Orbit-Kinematik r

48 Kinematik im Kern von M84 M84: D=15 Mpc (Virgo-Haufen); MBH ~ 3 x 108 M

49 Maser-Quelle um Kern von NGC4258 oben: Kern der (Seyfert-)Galaxie mit der leicht verbogenen Scheibe um die zentrale Energie-quelle mit Jets energiereicher Partikel; Farben sollen DopplerVerschiebung illustrieren darunter Spektrum mit Maser-Emission Mitte: Spektrallinie; mit Doppler-Verschiebung; best-fit Scheibe darüber gelegt unten: 20cm Aufnahme Ergebnis: MBH=3.5 x 106 M ; Abweichung von Kepler-Rotation weniger als 1% aus Beschleunigungsmessung auch Entfernung bestimmt!

50 Überblick über supermassive Schwarze Löcher in Spiralgalaxien z.zt. etwa 40 Galaxien mit SBH; bis 109 M MBH korreliert mit Helligkeit des Bulges (mit Streuung) bessere Korrelation mit des Bulges

51 Zwerg-Galaxien Dwarf Ellipticals (de) und Dwarf Spheroidals (dsph) ähnlich den Elliptischen; keine jungen Sterne Profile von dv- bis Exponential-Gesetz (wie Scheiben) Dwarf Irregulars (dirr) Knoten in Helligkeits-Profil -> Sternentstehung HI Verteilung größer als die der Sterne Blue Compact Dwarfs: Extremfall mit Starburst in einer sehr hellen Region; möglicherweise in einigen Gebieten zum ersten Mal Sternentstehung i.a. alt mit zusätzlichen jüngeren Starbusts

52 NGC 2915 dirr weiß/gelb: optisch blau: HI

53 Kinematik in Zwerggalaxien de: ähnlich den großen Ellipsen LB ~ c ebenfalls zuwenig Rotation -> anisotrope Orbits bei sehr niedrigem L -> sehr hohes M/L (bis 100 rel. zu solar) scheinen daher sehr stark und überall von DM dominiert zu sein! einige (Dra) scheinen fast nur aus DM zu bestehen... auch bei dirr: schwächste Galaxien völlig DM-dominiert kinematische Daten vor allem von HI bei gleicher Helligkeit Geschwindig-keiten in de und dirr gleich

54 Aktive Galaxien Active Galactic Nuclei (AGNs) kompakte, sehr helle Kerne (Zentren); Skala 3 pc hell im UV (blau) Emissionslinien, verbreiterte Absorptionslinien nicht-thermische Strahlung super-luminal motion Röntgen-Emission Radio-Emission auf großen Skalen (kpc-mpc); Jets Variabilität über kurze Zeitskalen (Minuten-Tage) Leuchtkräfte: L n u c= ergbestätigt / s mittlerweile in allen Fällen Galaxien-Natur in näherer Umgebung der Milchstraße sehr selten L

55 AGN-Typen 1. Radio-Galaxien hohe Radioleuchtkraft 8 Cyg A: 1011 Lradio 10 L Emission meist aus großen Gebieten außerhalb der eigentlichen Galaxie (radio lobes) Lobes haben Ursprung in Jets aus Zentrum der Galaxie Synchrotron-Emission relativistischer Elektronen 12 E e 10 ev Radio-Galaxien sind gigantische Teilchenbeschleuniger gefunden bis Rotverschiebung z=4-5 50% E0/S0-Galaxien, 50% Quasare (s.u.) Jets reichen bis Mpc; erscheinen manchmal nur auf einer Seite

56 Radio-Galaxie NGC 383 = 3C31 blau: optisch rot: Radio

57 Radio-Galaxie Centaurus A

58 M87 und Jet M87 ist Zentralgalaxie im Virgo Haufen; 17 Mpc entfernt; Jet ist stark kollimiert; Schocks (Stöße) sichtbar; Synchrotron-Emission Radio-Galaxie Cygnus A

59 AGN-Typen 2. Quasare (QUAsi-StellAr Radio Source) 1963 entdeckt B. Schmidt: Radioquelle 3C273 hat optisches ("stellares") Gegenstück; Jet; z=0.158 (damals am weitesten entfernte Quelle; 500 Mpc); daher MB= >100mal heller als normale Galaxien breite Emissionslinien -> hohe Geschwindigkeiten Radiospektrum stückweise Potenzgesetz ( ~-0.7); Synchrotronstrahlung leuchtkräftigste Unterklasse der AGNs Statistik: entweder: Quasare leben lange, dann macht nur 1 von 100 Galaxien einen Quasar oder: jede Galaxie ist einmal ein Quasar gewesen, dann aber nur für 107 Jahre

60 Quasar-Spektrum

61 Seyfert-Galaxien Seyfert-Galaxien 1943 von Seyfert eingeführt: Galaxien mit Kern sehr hoher Flächenhelligkeit 2 Untertypen: Seyfert 1 und 2 Spiralgalaxien optisches Spektrum von Seyfert 1 ähnlich dem von QSO (s.u.) BL Lac Objekte (nach Prototyp benannt) AGN mit stark variierender Strahlung

62 NGC 7742 (Seyfert-Galaxie) beachte den strahlenden Kern und die Spiralstruktur

63 AGN-Typen 5. QSO (Quasi-Stellare Objekte) punktförmige Quellen mit sehr blauer U-B Farbe ursprünglich gesucht, um optische Gegenstücke zu Quasaren zu finden; man fand aber noch viel mehr viele sind Radio-ruhig starke und breite Emissionslinien hohe Rotverschiebung (keine in unserer "Umgebung") (10-mal) häufiger als Quasar weil so extrem leuchtkräftig, überstrahlen sie ihre Mutter ("host")galaxie bei den schwächeren hat man mit HST die Galaxien gefunden

64 Quasare sitzen in Galaxien HST hat nachgewiesen, dass Quasare in den Zentren von Galaxien sitzen

65 Physik und Struktur von AGNs Größe: Variabilität: aus Zeitskala kann Obergrenze für Größe des betroffenen Gebietes abgeschätzt werden, indem die Dauer des betreffenden Prozesses ignoriert und die Lichtgeschwindigkeit verwendet wird es ergeben sich für Zeitskalen von Tagen Größen von bis 0.01 pc Schwarzschild-Radius für supermassive BHs von 10-7 bis 10-3 pc (106 bis 109 M ) Leuchtkraft-Quelle: Alternativen zu Schwarzen Löchern? Sterne: erfordert zu hohe Sterndichte, die nicht lange stabil sein würde Supernovae: benötigt 1010 Sterne, die SNe machen (permanent)

66 Die Energie-Quelle Standard-Annahme: Akkretion auf supermassives Schwarzes Loch Masse: 106 bis M akkretiert 10-4 bis 10 M pro Jahr aus einer Scheibe Jets und nicht-thermische Strahlung kommen von rotierender Magnetosphäre der Akkretionsscheibe Gravitations-Energie wird transformiert in thermische Energie und Strahlung Schematisches Bild:

67 Das "unified model" für AGNs Schwarzes Loch im Zentrum; 106 bis 1010 M Akkretionsscheibe erstreckt sich bis RS; emittiert Röntgen, EUV, UV, optisch, auch TeV-Elektronen Broad-Line-Region: Wolken dichteren Gases, die mit bis zu km/s um das BH rotieren und bis pc reichen; Emission von breiten Linien; ne 10 10biscmeinige pc; Emission Narrow-Line-Region: Wolken dünneren Gases der schmaleren Linien; 5 3 n 10 c m Staub/Molekül-Torus mit innerem Radius von 1 pc und äußerem von 50e 100 pc; IR-Emission Jets: Synchrotron-Strahlung über ganzes Spektrum; von 0.1 bis 106 pc die unterschiedlichen AGN-Typen ergeben sich dann aus Blickwinkel und Entwicklung/Typ der Host-Galaxie

68 Superluminal Motion einige Radioquellen scheinen sich mit mehrfacher Überlichtgeschwindigkeit von der zentralen Quelle weg zu bewegen ist aber nur Folge der Projektion und einer intrinsisch relativistischen Geschwindigkeit (erklärbar wieder nur, wenn man nahe an einem Schwarzen Loch ist) v t e sin r vapp= = t t e 1 cos te: Zeitpunkt der Emission eines weiteren Signals = v/ c =1/ 1 2