Bodo Ziegler. Institut für Astronomie Universität Wien. FORS Deep Field

Transkript

1 Galaxien in den Tiefen des Weltraums Entstehung & Entwicklung Galaxien Institut für Astronomie Universität Wien FORS Deep Field

2 Galaxien im lokalen Universum

3 Spiralgalaxien NGC 1231 FORS am Very Large Telesope Europäische Südsternwarte

4 Spiralgalaxien M 51 ESO

5 Elliptische Galaxien M 87 AngloAustralisches Observatorium

6 Linsenförmige Galaxien Sombrero FORS am VLT ESO

7 Irreguläre Galaxien Kleine Magellansche Wolke

8 Pekuliare Galaxien Hoag Ringgalaxie HST/NASA

9 Galaxien im lokalen Universum

10 Galaxienverteilung 6dF Rotverschiebungs-Survey, AAO und Haufen Galaxien leben isoliert (Feld), in Gruppen

11 Galaxiengruppen Hubble Weltraumteleskop HST Hickson Kompakte Gruppe 79

12 Galaxiengruppen Stephans Quintett

13 Galaxiengruppen Chandra: Röntgen Spitzer: Fern-Infrarot Stephans Quintett

14 HST Galaxienhaufen Palomar/DSS Haufen Abell 2218 (z=0.2)

15 URKNALL

16 Kosmischer Mikrowellenhintergrund

17 Fluktuationen der»ursuppe«kosmischer Mikrowellenhintergrund Allererste Klumpung in derphysik Materieverteilung Gemessen von COBE Satelliten: Nobelpreis 2006!

18 CMB: erste Dichtefluktuationen

19 Geschichte des Kosmos NASA

20 Geschichte des Universums

21 Galaxien in den Tiefen des Kosmos: Deep Fields FORS Deep Field VLT/FORS European Southern Observatory tiefe Photometrie >8500 Galaxien mit 0<z<5 Kollaboration Göttingen, Heidelberg, München Die ersten sichtbaren Objekte: Galaxien bei z~5; 1 Mrd. Jahre nach Urknall!

22 Rotverschiebung Slipher 1911: Spektrallinien entfernter Galaxien wandern ins Rote. Ursache: Fluchtbewegung wg. Expansion des Kosmos nach Urknall. Defnition: Rückblickzeit 13.5 Gyr 8 Gyr 5 Gyr S&W

23 Galaxien in den Tiefen des Kosmos: Deep Fields Hubble Deep Field Nord NASA

24 Kreise: Galaxien mit z 7, Rückblickzeit ~13Mrd.J, Alter Kosmos~600Mio.J

25 Haufen Cl0024 z~0.5 Gravitationslinsenefekt: Galaxien bis hohem z sichtbar.

26 Bausteine der Galaxien

27 Galaxien in den Tiefen des Kosmos: Deep Fields Kettengalaxie Hubble Deep Field

28 Galaxien in den Tiefen des Kosmos: Deep Fields Hubble Ultra Deep Field Kaulquappen-Galaxien bei hohen Rotverschiebungen

29 Geschichte des Universums

30 Bildung und Entwicklung der Galaxien im kosmologischen Kontext FORS Deep Field WMAP CMB?? ~13Gyr ~1Gyr Rolle Umgebung? MS Haufen

31 ? ~1Mrd Jahre Friedmann-Gleichungen: Dichte-Fluktuationen: Euler-Lagrange-Gleichung: Wellenansatz:? ~13Mrd Jahre

32 Ausbildung der Strukturen Problem: Baryonische Dichtefl uktuationen wachsen zu langsam an. Lösung: Dunkle Materie, die nur gravitativ koppelt. Simulationen: Vielkörper-Rechnungen mit spezieller Hardware ermöglicht Hervorsage der Massenentwicklung Dunkler Halos. Ben Moore, Zürich

33 Dunkle Materie & Dunkle Energie

34 Zeit Hierarchisches Wachsen kosmischer Strukturen Masse Massenentwicklung Lacey & Cole 1993

35 Verschmelzung (Merging) von Galaxien Joshua Barnes, Hawaii

36 Verschmelzung (Merging) von Galaxien Antennen-Galaxie

37 Zeit Hierarchisches Wachsen kosmischer Strukturen Masse Massenentwicklung Lacey & Cole 1993

38 Hierarchisches Wachsen kosmischer Strukturen Leuchtkraftentwicklung

39 Wir brauchen die Gesamtmasse der Galaxien! Rotationskurve einer Spiralgalaxie vmax Messung der stellaren und dunklen Masse adopted from van Albada et al. 1985

40 Rotationskurve einer Spiralgalaxie S&W

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43 Synergie bodengebundene / weltraumgestützte Observatorien

44 Synergie bodengebundene / weltraumgestützte Observatorien VLT/FORS2 Spektrum: sym. Rotationskurve Vmax = 170 km/s I Helligkeit: 21.8 mag HST/ACS Bild: z=1 Galaxie 2 Spiralarme Scheibengröße: 13 Lj Gesamtmasse: 5x1011M Massentwicklung der Spiralgalaxien bis z = 1

45 Rotationskurven von Feldspiralen mit z=0.1 bis z=1 VLT/FORS spectroscopy FDF & WHDF 249 galaxies 130 RCs Ziegler et al Böhm et al Böhm & Ziegler 2007

46 Leuchtkraft Lokale Tully-Fisher Relation Masse Haynes et al vmax Massenskala: "Normierung" der Leuchtkraft

47 Tully-Fisher Relation beim halben Weltalter Ziegler et al. 2002, 2005; Böhm et al. 2004, 2006; Böhm & Ziegler 2007 Ziegler et al. 2002, 2005; Böhm et al. 2004, 2006; Böhm & Ziegler 2007 Leuchtkraftentwicklung: 0mag Steigungsänderung von: -4.3 z 0.5Galaxien nach z=0 Kleine Galaxien 1-2mag

48 Fit der Daten mit chemischem Entwicklungsmodell SE Effizienz Differentielle Evolution der Stellaren Populationen Sternpopulation im Mittel älter in sehr massereichen als in kleinen Galaxien formation redshift Alter Ferreras, Silk, Böhm, Ziegler 2004 Antihierarchische Entwicklung der Baryonen!

49 Wechselwirkungen in Galaxienhaufen tidal (gravitational) interactions merging, accretion ram-pressure stripping by intracluster medium (hot x-ray gas) harassment strangulation, suffocation, starvation

50 Geschwindigkeitsfeld einer regulären Galaxie MS z=0.53 Kutdemir et al & 2010

51 Geschwindigkeitsfeld pekuliarer Haufengalaxie Simulation of minor merger (8:1 mass ratio) seen after second passage Kutdemir et al Kronberger et al. 2007

52 Simulation of merger & ram-pressure stripping Kapferer et al Kapferer et al. 2006, Kronberger et al. 2006, Kronberger et al. 2007, Kronberger et al Kollaboration mit Prof. Schindler (Innsbruck)

53 E-ELT 3d-spectroscopy Genzel et al ESO

54 ALMA ESO

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56 Zusammenfassung Entstehung der Galaxien (stark vereinfacht): Entwicklung der Halos Dunkler Materie hierarchisch (sukzessives Verschmelzen) primordiale Massenverteilung nach Dichtefluktuationen Baryonen strömen in Gravitationstopf der DM-Halos Sternentstehung effizienter in massereichen Galaxien (wg. Feedback-Prozesse) im Mittel höheres Alter Sternpopulation massereicher Galaxien «down-sizing»

57 Zusammenfassung Frage: Welches sind die heutigen Strukturen? Antwort: Galaxien, Gruppen, Haufen, Superhaufen. Frage: Wie bildeten sich die heutigen Strukturen? Antwort: Durch Verschmelzen (merging) kleinerer Einheiten. Frage: Wozu braucht man Dunkle Materie? Antwort: U.a. damit die Strukturen schnell genug wachsen. Frage: Wozu braucht man Dunkle Energie? Antwort: Um die Expansion des Universums heute zu beschleunigen. Frage: Wie alt sind die Galaxien? Antwort: Unterschied zw. Dunkle-Materie-Halo und Sternpopulation.