Galaxien - Bausteine des Universums. Max Camenzind SS2011

Ähnliche Dokumente
Galaxien Bausteine des. Universums. Max Camenzind SS2009

Galaxien-Zoo. Max Camenzind Akademie Heidelberg September 2015

Kosmische Evolution für Nicht-Physiker: Wie unser Weltall wurde, was es heute ist. 6. Galaxien Teil 1

Galaxien die HubbleKlassifikation. Max Camenzind Senioren-Universität Würzburg

Klassikation von Galaxientypen

Elliptische Galaxien. Max Camenzind Akademie HD Oktober 2015

Sterne, Galaxien und das Universum

3. Was sind Galaxien?

Sterne, Galaxien und das Universum

Kugelsternhaufen Teil III. Relaxation von Sternhaufen

Highlights der Astronomie. APOD vom : die kollidierenden Galaxien NGC 2207 und IC 2163 Wechselwirkende Galaxien und Galaxienentwicklung

Galaxien und Kosmologie

Stellarstatistik - Aufbau unseres Milchstraßensystems (4)

8. Die Milchstrasse Milchstrasse, H.M. Schmid 1

Galaxien. 1) Hubble Reihe: 2) Die Lokale Gruppe 3) Galaxienhaufen und Superhaufen 4) Galaxienaktivität

9. Galaxien Galaxien, W.K. Schmutz 1

Schwarze Löcher in Zentren von Galaxien

Kugelsternhaufen die einfachsten Sternsysteme. Farben, Helligkeit und Alter der Sterne

Astronomische Einheit

Struktur Spiralgalaxien. Max Camenzind Akademie HD November 2015

Galaxienhaufen. Was sind Galaxienhaufen? Wie entstehen Galaxienhaufen? Was koennen wir von Galaxienhaufen lernen?

Galaxien, Quasare, Schwarze Löcher. Dr. Knud Jahnke Astrophysikalisches Institut Potsdam

Highlights der Astronomie. APOD vom : NGC 346 in der Small Magellanic Cloud Die Magellanschen Wolken und andere Zwerggalaxien

Dunkle Materie und dunkle Energie

Einführung in die Astronomie und Astrophysik II

Die Milchstraße als Beispielgalaxie

Galaxien, Quasare, Schwarze Löcher

Galaxien (3) Entstehung der Spiralarme

Einführung in die Astronomie und Astrophysik II

Neues aus Kosmologie und Astrophysik 1.0

Sarah Moldenhauer Physik- Vortrag Großräumige Strukturen im Weltall

Sonnenmasse Sonnenleuchtkraft Oberflächentemperatur der Sonne Lichtgeschwindigkeit Atomare Masseneinheit Elektronenvolt

13. Aufbau und Entwicklung der Sterne

13. Aufbau und Entwicklung der Sterne Sterngeburt Kollaps von interstellaren Gaswolken (dunkle oder leuchtende Nebel) Kalte globules 5-15K

Kosmogonie. Galaxien. Klassifikation und Entwicklung

Die Milchstraße. Sternentstehung. ( clund Observatory, 1940er) Interstellare Materie (ISM) W. Kley: Theoretische Astrophysik 1

1 Astronomie heute: Grundbegriffe

Kollisionen der Milchstraße [24. Jul.]

Klassifikation von Galaxien: die Hubble-Sequenz

Astronomie für Nicht-Physiker:

Astronomische Einheit. d GC = 8kpc R(t e ) z + 1

Vortrag über. Die Entstehungszenarienvon (galaktischen) Kugelsternhaufen

Rotationskurve einer Spiralgalaxie

Alles aus Nichts: der Ursprung des Universums. Simon White Max Planck Institute for Astrophysics

Gravitationslinsen - Licht auf krummen Wegen. Max Camenzind Senioren-Uni SS2013

Die Masse der Milchstraße [28. März] Die Milchstraße [1] besteht ganz grob aus drei Bereichen (Abb. 1):

Sterne, Galaxien und das Universum

Kosmologie im dunklen Universum

Das Rätsel der Dunklen Materie Erhellendes aus Universum und Labor

Galaxien: Überblick Milchstraße Elliptische Galaxien Spiralgalaxien Zwerggalaxien aktive Galaxien

Dunkle Materie. Beobachtungsbefunde

Die Entwicklung des Universums

6. Galaxien und Quasare

Das Galaktische Zentrum

Das Milchstraßensystem (Galaxis) Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 1

Die dunkle Seite der Kosmologie

Aus was besteht unser Universum?

Galaktische und Extragalaktische Physik

Das Moderne Weltmodell

Jenseits unseres Sonnensystems. Von Geried Kinast

POPULATION III- STERNE

Millionen von Sonnen Sterne als Bestandteile von Galaxien

Schwarze Löcher. Dr. Knud Jahnke. Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg

Moderne Kosmologie. Michael H Soffel. Lohrmann Observatorium TU Dresden

Weiße Zwerge - 10 Mrd. Diamanten in Galaxis

The Milky Way a Lightweight After All

Modul Extragalaktik Repräsentativer Fragenkatalog

Die dunkle Welt. Simon White Max Planck Institut für Astrophysik

Versuchsanleitung zum Astrophysikalischen Praktikum Standardkerzen: Entfernungsbestimmung von M100

Galaxien als Gravitationslinsen Gravitationslinseneffekt Teil II

Kosmische Strukturbildung im Grossrechner. Simon White Max Planck Institut für Astrophysik

Galaxienhaufen - Virialmassen - heißes Röntgengas - Sunyaev-Zeldovich-Effekt

Hands on Particle Physics International Masterclasses. WIMP's & Co

Das Moderne Universum II

Das dunkle Universum

Die beschleunigte Expansion

Astrophysik II. Schwerpunkt: Galaxien und Kosmologie. Bachelor Physik mit (Nebenfach) Astronomie Wintersemester 2017/18 Dr.

Das neue kosmologische Weltbild zum Angreifen!

Urknall und Entwicklung des Universums

Kosmische Evolution: der Ursprung unseres Universums

Kosmogonie. Entstehung der Strukturen im Universum. Seminar des Physikalischen Vereins Frankfurt am Main Rainer Göhring

Bau und Physik der Galaxis

Der Pistolenstern. der schwerste Stern der Galaxis?

Evidenzen für Dunkle Materie

Über die Vergangenheit und Zukunft des Universums

Dunkle Materie: von Urknall, Galaxien und Elementarteilchen

3.4 Struktur und Entwicklung der Milchstraße

Astrophysik II. Schwerpunkt: Galaxien und Kosmologie. Bachelor Physik mit (Nebenfach) Astronomie Wintersemester 2017/18 Dr.

Wie lange leben Sterne? und Wie entstehen sie?

Vermessung des Universums Rotverschiebung und Distanzen von Galaxien. Max Camenzind Senioren Akademie 2014

Urknall und. Entwicklung des Universums. Grundlegende Beobachtungen Das Big-Bang Modell Die Entwicklung des Universums 1.1

Experimentelle Evidenzen für dunkle Materie. Ralf Koehler

Kosmische Strahlung in unserer Galaxie

Supermassereiche Schwarze Löcher in Galaxienzentren

Galaxien und Kosmologie

Das galaktische Zentrum

Inhaltsverzeichnis Vorwort Einleitung Kapitel 1: Sonnensystem Kapitel 2: Sterne, Galaxien und Strukturen aus Galaxien

Entfernungsbestimmung von Galaxien

4 Extragalaktische Physik

Endstadien der Sternentwicklung. Max Camenzind ZAH /LSW SS 2011

Transkript:

Galaxien - Bausteine des Universums Max Camenzind TUDA @ SS2011

Der Virgo-Haufen 5 x 3 Grad M 88 M 86 M 84 M 91 NGC 4477 NGC 4473 NGC 4438/Augen M 87 M 90 Image: Rogelio Bernal Andreo 16 Mpc entfernt M 89

Der Virgo-Haufen M 84 NGC 4388 M 86 Markarian s Augen 1,5 x Vollmond

Coma-Haufen - Bausteine des Universums 100 Mpc entfernt

Galaxien - Bausteine des Universums

Was sind Galaxien? Sternsysteme: Kugelsternhaufen (einfache Sternsysteme) Zwerggalaxien Ellipsen & Scheibengalaxien Massen: (10 6 10 13 ) M S Morphologie der Galaxien Hubble Sequenz, moderne Klassifikationen. Leuchtkraftfunktion der Galaxien. Beobachtbare Parameter Fundamental- Ebene der Galaxien. Scheibengalaxien und Dunkle Materie Schwarze Löcher in Galaxienzentren

M10 - Kugelsternhaufen (GC) > 100.000 Sterne

47 Tuc - Kugelsternhaufen Aufnahme: 20 Cassegrain / 4 kpc entfernt

Radiale Profile Kugelsternhaufen Isotherme Sphären Core ~ r -2 Core- Radius R c

Die Flächenhelligkeit I V(R) 10 mag /sec 2 R 2 Dominante Massenverteilung R 8 log R [min] Gezeitenradius Core-Radius: Flächenhelligkeit (r c) 0.5 (r 0)

Farben- Helligkeits- Diagramm (CMD) der GCs Wichtig für Kosmologie Altersbestimmung

Warum sind Kugelsternhaufen stabil? Gravitation der Sterne muss durch Druck ausgeglichen werden. Stochastische Bewegung der Sterne erzeugt einen Druck: P = r s² (s. Jeans-Glg) Sterndichte aus Flächenhelligkeit Isotherme Modelle Geschwindigkeitsdispersion der Sterne ~ 10-15 km/s aus Linienbreite

Isotherme Sphären Hydrostatisches Gleichgewicht: Nochmaliges ableiten Asymptotisch r >> R c :

Relaxation von Sternsystemen Frage: Auf welcher Zeitskala erleiden Sterne im System signifikante Stöße?

Anzahl Wechselwirkungen im System mit Radius R und Anzahl Sterne N aus W keit P für Stoß mit 1 Stern:

Mittlere Geschwindigkeitsänderungen heben sich auf, jedoch nicht die Varianz: Verwende Virial-Satz: 2T = -V pot mittlere Geschw. v; große Ablenkungen selten!

Mittlere Ablenkung für einen Durchgang durchs System: Relaxation erfolgt, falls d.h. wir benötigen N relax Sterndurchgänge N relax = N / 8 ln(n) Relaxationszeit definiert als

Abschätzung Relaxationszeit Mittelung über Maxwell-Verteilung

Relaxationszeit von Sternsystemen

Galaxien komplexe Sternsysteme Scheibe Elliptisches Sternsystem

Elliptische Galaxien quasi-rund

Elliptische Galaxien: Ähnlich zu Kugelstern- Haufen weisen auch Core-Halo Struktur auf jedoch nicht isotherme Sternverteilung Dichte fällt sehr schnell ab.

M 87 Zentralgalaxie Virgo-Haufen Ellipse E1 1000 Mia M S

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

Helligkeitsprofile R 1/4 Gesetz, n=4 (de Vaucouleurs)

2 Typen von E Galaxien: Core und Cuspy Ellipsen Core- Radius R c Core

Andromeda Galaxie M 31 typische Scheibengalaxie ~ 100 Mrd. Sterne

Andromeda / Spitzer Staub

Scheiben rotieren maximal geometrisch dünn aus 21 cm H Masse rotiert von uns weg Bulge Sphäroid rotiert auf uns zu

21 cm Wasserstoff-Linie

Vera Rubin

M 31 Profil & Rotation konstant! R 1/4 Bulge Expo Scheibe

Sombrero M 104 [HST] S0 = Scheibe + Ellipse

Staub Sterne

NGC 1700 S0 Galaxie Seitenaufsicht

Galaxien Galerie / Zolt Frei (Princeton)

Die Hubble-Sequenz 1926 1923 entdeckt Hubble (1889-1953), dass der Spiralnebel Andromeda nicht zu unserer Galaxis gehört und eine eigene Galaxie bildet (durch Vermessen von Cepheiden). Um die neu entdeckten Objekte klassifizieren zu können, entwickelt Hubble 1926 die bis heute bekannte Hubble-Sequenz. Sie ist heute noch gültig.

Red Sequence Blue Sequence

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)

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 (1918-1995) hinzugefügt. [ Sandage (geb. 1926) führte im Hubble Atlas of Galaxies einen Suffix für den Ursprung der Spiralarme ein; s - Zentralgebiet; r - extra Ring ]

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.

Hubble Sequenz offene Fragen In wie weit kann die Hubble-Sequenz als Entwicklungsdiagramm verstanden werden? nein!!!! Durch welche Parameter kann die Hubble- Sequenz charakterisiert und damit unabhängig vom Betrachter werden? Gibt es alternative Klassifikationen? - ja

Beobachtete Eigenschaften verschiedener Galaxien in elliptischen Galaxien beobachtet man: rote, alte Sternenpopulationen wenig Gas und Staub (mit sehr hohen Temperaturen ~ 10 7 K, ionisiert, Röntgengas) in Spiralgalaxien beobachtet man: je später, desto mehr junge, massive Sterne im Zentrum röter (also älter) als in den Spiralarmen bei niedrigerem Gasgehalt

Komponenten einer Galaxie

Die Komponenten einer Scheiben-Galaxie Halo Dunkler Materie und Sterne Stellare Scheibe Bulge Gas- Scheibe Lage der Sonne Typische Distanzen

Konstante Rotation ist generisch

Nukleus Bulge Scheibe Halo Masse einer Scheibengalaxie Halo aus Dunkler Materie M(<r) = V² Rot r / G

Halo-Modelle aus Rotations-Kurven von Stern- oder Gasscheiben Dark Matter Halo: Welche Form? Isotherme Modelle ergeben Rotationskurve Simulationen NFW Profile 2 0 ) / ( 1 ) ( r c r r r r c c c halo r r r r r G r v arctan 1 4 ) ( 2 r 0

CDM Simulationen: NFW-Profile Detaillierte Simulationen von CDM Halos finden, dass die Dichteprofile steeply cusped (Kuspen) sind, mit Massendichte im Zentralbereich des Halos ~ r -a, a=1 (Navarro, Frenk & White 1996, 1997) NFW Profil: a=1 r( r) ( r / r s r )[1 ( r / r s s 2 )] Allgemeine Form r( r) s a a ( r / r ) [1 ( / )] 3 s r rs Dunkle Materie (CDM) bildet Halos auf allen Skalen von Mondmasse bis zu 10 15 Sonnen. von Zwerggalaxien bis Galaxienhaufen? r

Morphologie - Sb Galaxien

Grand Design Spirale (Sc) 2 Spiralarme

Morphologie - SB Galaxien - SBa

Morphologie - SBb Galaxien

NGC 1300 HST Balkenspirale

Morphologie - SBc Galaxien

Morphologie - Irreguläre Galaxien LMC / SMC

Panorama Milchstraße & LMC & SMC ESO Paranal

Zwerg-Galaxien Geringe Leuchtkraft: 10 6 10 9 L Geringe Masse: 10 7 10 10 M Geringe Ausdehnung, ~ einige kpc Geringe Flächenhelligkeit schwierig mit Teleskopen zu finden! Sind in der Anzahl jedoch dominant! Dominieren die Leuchtkraftfunktion der Galaxien in Haufen.

Zwerg-Galaxien Typen Verschiedene Typen von Zwerg-Galaxien: Zwerg-Ellipsen (de): Note that these are structurally very different from luminous E s. Gas-poor, old stellar population. Note that many de s have nuclei (de,n). Zwerg-Sphäroide (dsph): Gas-arme, diffuse Systeme. Low luminosity (low surface brightness end of de s). Zwerg-Irreguläre (dirr): Extreme end of late type spirals. Active, on-going star-formation but low surface brightness (like dsph s). Gas-rich. Note that there are no dwarf spirals!! Gibt es Verwandtschaften zwischen de s and dirr s??

Treten als Begleiter auf M31: Sb M32 (ce): kompakte Ellipse NGC205 (de)

Leo I - dsph

Pegasus - dsph

Sagittarius dwarf, shredded by the Milky Way Majewski et al. 2003

Canis Major, shredded by the Milky Way Ibata et al. 2003, nearest galaxy to MW, just discovered!

Dichtefluktuationen im Frühen Universum Galaxienbildung Galaxien entstehen aus primordialen Dichtefluktuationen, die kurz nach dem Big Bang entstehen, in der Inflation anwachsen und im CMB sichtbar. Diese Dichtefluktuationen bilden Filamente, Galaxien entstehen in Knoten längs den Filamenten.

Zur Bildung einer Spiralgalaxie Gas hat viel Drehimpuls ~ Sternbildung CDM Halo

Elliptische Galaxien aus Merger

Bildung nur via Mergers? In Galaxienhaufen ist die Kollisionswahrscheinlichkeit nicht gering. Dadurch werden Galaxien gestört und können sogar mergen. Mergers führen häufig zu giant elliptischen Galaxien (sog. cd) im Zentrum von reichen Galaxienhaufen (Virgo, Coma). Durch Merging von S-Galaxien entstehen E s. Werden alle E s durch Merger gebildet? wohl kaum!

Spiralen begegnen sich

Merger - Antennen Galaxien

Merger - Simulation

Merger Arp 273 d = 100 Mpc

Stellare Geburtsrate in Galaxien E Sb

Stellare Geburtsrate in Galaxien da E s keine Scheiben und alte Sternen- Populationen haben, muss Gas fast vollständig während des Kollaps (t c 10 9 Jahre) aufgebraucht worden sein. allein mit dieser einen Annahme folgt, dass die IBR (= interstellar birth rate ) in den ersten Jahren, je nach Annahme der Zeit t c, bis zu 50 mal größer als die aktuelle IBR ist.

Stellare Geburtsrate in Galaxien anders bei SO Galaxien da Sterne jünger, muss Gas übrig geblieben sein, aus dem sich Sterne bilden konnten. heute keine Sternentstehung, kaum Gas. da sich dichter Bulge im Zentrum bilden konnte, liegt die Vermutung nahe, dass SFR für t< t c nur unwesentlich geringer war als bei E. für t> t c muss SFR höher als bei den E-Typen gelegen haben, das restliche Gas wurde innherhalb von wenigen 10 9 Jahren verbraucht.

Stellare Geburtsrate in Galaxien

Verteilung Flächenhelligkeit DWARFS GIANTS

Leuchtkraftfunktion Feld dominiert von Spiralgalaxien und dirr Haufen viel mehr E/S0 Galaxien, schwache de, viel mehr Zwerggalaxien Damit treten in Haufen häufiger Merger auf. Bingelli (1988)

Log( (L)) Leuchtkraftfunktion der Galaxien Schechter Funktion: gilt allgemein für Galaxien Power-Law slope a * Exponential Cut-off L * Log (Luminosity) d L a L * exp L * L L * dl L *

Leuchtkraftfunktion der Galaxien im SDSS? Masse Dunkle Materie: 10 12 M S 10 10 M S 10 8 M S 10 7 M S

Fundamental-Ebene der Galaxien 3 Messbare Größen: (i) Effektiv-Radius R e (Halblichtradius) oder Core-Radius R c (ii) Zentrale Flächenhelligkeit m e (iii) Geschwindigkeitsdispersion s Frage: Gibt es Korrelationen? Fundamental-Ebene der Galaxien

Kormendy Relation aus SDSS

Galaxien-Sequenzen Fundamental-Ebene

Eigenschaften der FP Sequenz der Kugelsternhaufen liegen V- förmig zur Sequenz der Elliptischen Galaxien (E s). Bulges bilden die Fortsetzung der E s. Effektiv-Radius der E s und S0 s korreliert mit der Geschwindigkeitsdispersion und der zentralen Flächenhelligkeit (Kormendy Relation) muß erklärt werden log(r e ) = 1,20 log(s) + 0,32 log(m e ) 8,70

Masse-Leuchtkraft Verhältnis Massereiche Ellipsen durch M-Zwerge dominiert

100 Milliarden Schwarze Löcher in Galaxienzentren Jede Galaxie beherbergt ein Schwarzes Loch in ihrem Zentrum ~ 0,2% der Bulge-Masse. Unsere Milchstraße: speziell 4,3 Mio Sonnenmassen; Andromeda: 100 Mio. Sonnenmassen; Messier 32: 2,5 Mio. Sonnenmassen; Messier 87: 6 Mrd. Sonnenmassen; Quasare: weit entfernte aktive Galaxien 100 Mio. 10 Mrd. Sonnenmassen.

Sombrero und das SL 1 Mrd. Sonnenmassen In ~ 50 benachbarten Galaxien Massen der SL vermessen, jedoch nicht den Spin a: Massen von 1 Mio 10 Mrd Sonnen

M H ~ s 4 Magorrian Relation Camenzind 2007

Zusammenfassung Kugelsternhaufen (GCs) sind die einfachsten Sternsysteme, ~100.000 Sterne, isotherme Dichteverteilung, kosmologisch wichtig. Relaxationszeit entscheidet über stoß-dominiert vs stoßfrei; GCs nicht stoßfrei, E s sind stoßfrei! Elliptische Galaxien ähnlich zu GCs, jedoch stoßfrei, haben devaucouleurs Helligkeitsverteilung. Hubble-Sequenz immer noch gültig, jedoch im frühen Universum viele Zwerggalaxien und Irreguläre. Leuchtkraftfunktion ist Schechter-artig, nicht global globale LF noch nicht bekannt.

Gunn-Filter Profile

Galaxien Farb-Sequenzen