Einführung in die Astronomie & Astrophysik II 3. Was sind Galaxien? SoSe 2010, Knud Jahnke http://mpia.de/coevolution/lectures/astro210
Geschichtliches 10 Jhd., Abd al-rahman al-sufi: Andromeda + LMC 1750, Thomas Wright: Milchstraße = viele Sterne + Gravitation 1755, Immanuel Kant: Nebel = Welteninseln 26. April 1920: The Great Debate über Nebel Harlow Shapley: Nebel = Teil der Milchstraße (Argument: Abstand Andromeda MW unvorstellbare 108 LJ und Nova in Andromeda heller als Galaxie Supernova) Heber Curtis: Nebel = Island Universes wie Milchstraße (Argument: mehr Novae in Andromeda beobachtet als in Milchstraße) 1922/23: Edwin Hubble, Entfernungsmessungen zu Nebeln Galaxien!
Bitte sortieren: NGC 5033 NGC 4631 NGC 3190 NGC 3184 NGC 5866 NGC 4125 NGC 4552
Sortierkriterien 1. 2. 3. 4. 5. 6. Form (Spiralarme) Farbe (blau oder gelblich/rot) Größe Helligkeit Staubspuren? Zentrum: kugelförmig oder elongiert
Sterne in Galaxien NGC 3184 NGC 4552 Elliptische Galaxie (E) Spiralgalaxie (S )
NGC 3198
Sterne in Galaxien Spiralgalaxie: Rotationskurve
Sterne in Galaxien Spiralgalaxie: kinematisch kalt, koordinierte Rotation, Scheibe
Sterne in Galaxien Elliptische Galaxie: kinematisch heiß, wenig Rotation, Spheroid
Einschub: Rotationskurven Newton + zentrifugales Gleichgewicht (sph. Symm.): 2 GM R v R 2 = =ω R R 2 R R Masse innerhalb Radius R: R M R = 0 dr ρ r r Beispiele 3 2 ρ=const. M R v R, ω=const. 2 ρ R M R v=const. 1 Punktmasse v R (isotherm) (keplersch)
Rotationskurven
Rotationskurven
Rotationskurven
Rotationskurven gemessen
Rotationskurven NGC 3198
Rotationskurven gemessen DM Halo leuchtende Materie
Dunkle Materie 25% (!) der globalen Energiedichte (Baryonen ~ 4%) nur gravitative WW keine el-mag WW Was ist es? Supersymmetrie? unklar Nobelpreis 2025?
Sterne in Galaxien Bulge Spheroid NGC 3184 NGC 4552 Elliptische Galaxie Stellarer Bulge (Zentralverdickung)
Sterne in Galaxien Balkenspirale (SBa, SBb, SBc, ) NGC 3945 Elliptische Galaxie Stellarer Bulge (Zentralverdickung) NGC 3351
Sterne in Galaxien Galaxienzusammenstöße/-verschmelzungen
Sterne in Galaxien Irreguläre Galaxien
Sterne in Galaxien Zwerggalaxien
Sterne in Galaxien MW Zwerggalaxien
Sterne in Galaxien
Sterne in Galaxien Stellare Massen: MW: 8x1010 Msonne (Scheibe 6x1010, Bulge 1x1010) MW Halo 5.5x1011 Msonne Andromeda: etwas massereicher Giant Elliptical (M87): 1012 Msonne Zwerggalaxie: 107 108 Msonne MW Zwerggalaxien: < 107 Msonne alles Galaxien, über 6 Größenordnungen in Masse
Sterne in Galaxien Parameter: Morphologie (Typ) Dynamik (heiß, kalt) stellare Masse DM Masse Farbe mittleres Alter Stärke Sternentstehung Staubmenge > 8-dimensionaler Parameterraum?
Zyklus der interstellaren Materie al n o ti M>M a t i av se: r G llap co Molecular clouds per n Stars ova e Planetary nebulae Giant molecular cloud complexes Disruption during star formation Su Merging Breakup of old shells around PN & SNR Merging & Cooling Coronal gas Cooling HII Co o lin g Supernova heating HII regions after g n i l Coo n essio r p m co Cold HI Warm HI Heating and/or cooling by conduction
Galaxienkerne Schwarzes Loch in der Milchstraße: 3 106 Msun =6 1036 kg Genzel et al. 1998...2005, und andere
MBH/Msun Galaxienkerne M* /Msun z=0: Häring&Rix 2004
Hubble-Sequenz
Leuchtkraftfunktion
Massenfunktion
Farb-Helligkeits-Diagramm 20.000 Galaxien SDSS: Baldry et al. 2004 Farbe/Alter rot/ alt blau/ jung hoch Leuchtkraft/Masse niedrig
Räumliche Verteilung/ Clustering Galaxienhaufen Abell S0740
Räumliche Verteilung/ Clustering Inhomogen: <Mpc Skalen Homogen: global
Räumliche Verteilung/ Clustering DM Halos: Zentrale Galaxie und Satellitengalaxien DM Simulation
Räumliche Verteilung/ Clustering DM Halos: Zentrale Galaxie und Satellitengalaxien
Skalenrelationen LB v α max log(leuchtkraftb) Tully-Fisher-Relation: Spiralgalaxien: Leuchtkraft ~ max. Rotationsgeschwindigkeit log(hi Linienbreite)
Skalenrelationen log σ M R (ergibt sich aus Virialsatz, 2T=-U) log(sigma) Faber-Jackson-Relation: Elliptische Galaxien: Geschwindigkeitsdispersion ~ Leuchtkraft MR
Skalenrelationen Fundamental-Plane: Re, σ 0, μ e Re =effektiver Radius σ 0=zentrale Geschwindigkeitsdispersion μ e=mittl. Flächenhelligkeit innerhalb R e log Re =0.34 μ e 1.4log σ e const.
Skalenrelationen Fundamental-Plane
Skalenrelationen Fundamental-Plane: Re, σ 0, μ e Re =effektiver Radius σ 0=zentrale Geschwindigkeitsdispersion μ e=mittl. Flächenhelligkeit innerhalb R e log Re =0.34 μ e 1.4log σ e const.
Vertiefung: stellare Populationen
NIR = stellare Masse
Sternentstehung: fernes UV
Sternentstehung: 24mu Staub
Sternentstehung: CO (molekulares Gas)
Sternentstehung & stellare Populationen Sternentstehung: Indikatoren: MIR Emission (stellare Winde=geheizter Staub) UV Licht (direkte Emission) Emissionslinien (direkte Emission des ISM) junge Sterne
Sternentstehung & stellare Populationen Spektralanalyse: Populationssynthese
Sternentstehung & stellare Populationen Spektralanalyse: Emissionlinien, Populationssynthese
Sternentstehung & stellare Populationen NGC 3184 NGC 4552 Elliptische Galaxie (E) Spiralgalaxie (S )
Sternentstehung & stellare Populationen Spiralgalaxien Sternentstehung alte Sterne auch junge Sterne blaue Farben Staub, Gas kinematisch kalt flach eher weniger dichte Umgebung eher niedrigere Massen Elliptische Galaxien Keine Sternentstehung alte Sterne keine jungen Sterne rote Farben wenig Staub, Gas kinematisch heiß rund eher dichtere Umgebungen eher höhere Massen Endzustand der Galaxienentwicklung