Galaxien-Zoo. Max Camenzind Akademie Heidelberg September 2015

Transkript

1 Galaxien-Zoo Max Camenzind Akademie Heidelberg September 2015

2 Enceladus/Apod

3 Pluto/Apod

4 Pluto/Apod

5 Sonne/Apod

6 Themen Galaxien die Bausteine des Universums Die Hubble-Klassifikation der Galaxien: Ellipsen Spiralen Balkenspiralen Irregul Distanzen zu Galaxien: Standardkerzen RR Lyrae und Cepheiden Supernovae Ia kosmische Rotverschiebung

7 Galaxien im Messier Katalog

8 Galaxien Galerie / Zolt Frei (Princeton)

9 Galaxien - Bausteine des Universums Virgo-Haufen

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11 Galaxien Coma-Haufen 100 Mpc

12 Galaxien - Bausteine Universums

13 Universum voller Galaxien

14 Galaxien in Gruppen

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16 Aktive Galaxien Messier 87

17 Aktive Galaxien Messier 87

18 Die schönste Galaxie des Universums Sombrero / HST

19 Feuerrad-Galaxie Messier 101

20 Messier 106

21 Messier 96 HST Messier 96 VLT

22 Messier 95 VLT Messier 95 Spitzer

23 Scheiben-Galaxie von der Seite

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25 Balken-Spiralen

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28 Die Hubble-Sequenz 1 Prinzipiell 3 große Kategorien: Elliptische Galaxien rotationssymmetrischer Gestalt E0 E7 E0 kreis rund; E7 stark elliptisch Spiralgalaxien mit symmetrischen Spiralarmen werden weiter unterschieden in: Sa, Sb, Sc, Sm mit zentraler Verdichtung; SBa, SBb, SBc, SBm mit Balken ( barred ) Irreguläre Galaxien Irr ohne Symmetrien (Magellansche Wolken)

29 Die Hubble-Sequenz 2 Hubble Sequenz wurde vielfach verfeinert und angepasst. Hubble selbst versuchte 1936 den Übergang von E zu S flüssiger zu gestalten und fügte die Linsengalaxien S0 ( S-Null ) hinzu. die Sd, Sm, Im, SBd, SBm, IBm wurden von G. de Vaucouleurs ( ) hinzugefügt. [ Sandage (geb. 1926) führte im Hubble Atlas of Galaxies einen Suffix für den Ursprung der Spiralarme ein; s - Zentralgebiet; r - extra Ring ]

30 Die Hubble-Sequenz 3 Nachteile abhängig von Projektionseffekten. wird von persönlicher Überzeugung des Beobachters beeinflusst. z.b. LMC erscheint aufgrund der vielen, von Gaswolken umgebenen blauen Sterne besonders unregelmäßig. die Erweiterung um S0 passt nicht mit Beobachtungen der Helligkeit überein.

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32 Standardkerzen in Astronomie Was ist eine Standardkerze in der Astronomie? Leuchtkraft = abgestrahlte Leistung (gemessen in Watts) F = Strahlungsstrom = Leuchtkraft/4 d 2 Methode: messe den Strahlungsstrom und berechne daraus die Distanz d. m B M B = 5 log(d/10 pc)

33 Kosmische Standard-Kerzen Je weiter entfernt umso schwächer & kleiner

34 Die Kosmische Distanz-Leiter Parallaxe: < 500 pc (Hipparcos), < 100 kpc (Gaia) Spektroskopische Parallaxe (über Distanzmodul): 10 kpc RR Lyrae Sterne: < 1 Mpc Cepheiden (10 4 L S ): < 30 Mpc Typ Ia Supernovae (10 9 L S ): < Mpc GAIA

35 Was ist eine Cepheide?

36 Henrietta Leavitt ( ) entdeckte die Cepheiden Periode-Leuchtkraft (PL) Relation (1912) Lichtkurve eines Cepheiden Große (LMC) & Kleine Magellansche Wolken Periode vs Magnitude Cepheiden in SMC

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38 Vergleich von Kugelsternhaufen-Histo in verschiedenen Galaxien ungenau Distanzmodul: DM = <m V > G - <M V > = - 5 log(d/10 pc) Probleme: Ist die Verteilung wirklich universell? Nur nächste Galaxien!

39 Zusammenhang zwischen Rotationsgeschwindigkeit und Helligkeit von Spiralgalaxien Zentrifugalbeschleunigung = Gravitationsbeschleunigung Universelle Masse-Leuchtkraftbeziehung Universelle Flächenhelligkeit damit L v R 2 R GM R 2 M /L L/R 2 4 vr 2 G Tully-Fisher Relation 2 v 4 R

40 Zusammenhang zwischen Rotationsgeschwindigkeit und Helligkeit von Spiralgalaxien Zentrifugalbeschleunigung = Gravitationsbeschleunigung Universelle Masse-Leuchtkraftbeziehung Universelle Flächenhelligkeit damit Faber-Jackson Relation für E s L v R 2 R GM R 2 M /L L/R 2 4 vr 2 G 2 v 4 R

41 Faber-Jackson Relation für E s

42 Rotation & Dispersion von Ellipsen

43 Faber-Jackson Relation ungenau

44 Standard-Kerzen: Typ Ia SNe Kalibrierung: Breite der Lichtkurve korreliert mit der Spitzenhelligkeit M B = - 19,35 mag. Großer Vorteil: Typ Ia Supernovae sind wirklich hell! Typ Ia Supernovae sind ideale Standard-Kerzen für kosmische Distanzen.

45 SN 1994D in the NGC 4526 galaxy. Image by NASA, ESA, The Hubble Key Project Team, and The High-Z Supernova Search Team

46 NGC 5195, before and after supernova SN 2011dh

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48 Supernovae Typen

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50 SNe Ia Standardkerzen korrigiert

51 Typ Ia SNe gute Standardkerzen z<2 Aus Fit W L, W M Satelliten HST EUCLID, Wichtig: Fehler bleibt konstant mit z! 2011 Conley et al. 2011

52 Rotverschiebung der Galaxien Galaxien zeigen rotverschobenes Spektrum

53 Spektrum einer E Galaxie dominiert durch massearme Sterne kein UV keine A, B, O Sterne TiO Banden M Zwerge Nicht viel Emission im Blauen!

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55 Diese Absorptionslinien werden durch die Expansion des Kosmos nach rot verschoben. Heutige Messungen gehen bis zu z ~ 7 z ~ 10 Zukunft: z ~ 20

56 Korrelation Rotverschiebung Distanz Lemaître 1927 Hubble 1929 cz = H 0 d

57 Lokales Hubble-Gesetz

58 Planck 2015

59 Die Hubble-Lemaître Beziehung cz = H 0 d kann nur in 100 < d < 400 Mpc verwendet werden! Lokales Hubble Gesetz H 0 = 71 km/s/mpc

60 Kosmisches Hubble-Gesetz Camenzind: Mod. Astro II

61 Wie eindeutig sind kosmische Distanzen? Camenzind: Mod. Astro II