Galaxien

Galaxien
H. Todt (UP)
Computational Astrophysics
SoSe 2016
1 / 11
Galaxien I
Galaxien
gravitativ gebundene, sehr massreiche Systeme von Materie,
insbesondere von Sternen, Gasnebeln, Staub usw.
enthalten zwischen ca. 107 (Zwergalaxien)
und 1014 (Riesengalaxien) Sternen, die um das Zentrum rotieren
Irreguläre
Zwergalaxie: LMC
D = 8 kpc,
Spiralgalaxie:
Milchstraße
Elliptische
Riesengalaxie: M87
D = 30 kpc,
D = 300 kpc,
1010 M
6 × 1011 M
6 × 1012 M
H. Todt (UP)
Computational Astrophysics
SoSe 2016
2 / 11
Galaxien II
Galaxien: Hubble-Typen
H. Todt (UP)
Computational Astrophysics
SoSe 2016
3 / 11
Galaxien III
Spiralgalaxien / Scheibengalaxien
→ etwa 1/3 der Galaxien; 2/3 der Spiralgalaxien mit Balken
z.B. Milchstraße
dicke (h = 1 − 5 kpc) Scheibe
dünne (h = 0.9 kpc) Scheibe
→ Spiralarme; junge, helle
(blaue) Sterne
Bulge: alte Sterne, zufällige
Bahnen, kaum Gas
Balken: Galaxienwechselwirkung? Dichtewellen?
Zentrum: Schwarzes Loch mit
106 M (Sgr A∗ )
Halo: alte Sterne, 50 kpc, Dark
Matter
H. Todt (UP)
Computational Astrophysics
SoSe 2016
4 / 11
Galaxien IV
Spiralarme von Galaxien
Länge: bis Dutzende kpc
Grand-Design mit zwei symmetrische Spiralarme ca. 10-20% der
Spiralgalaxien
mehr als zwei Arme bei ca. 60%
zerrissene Arme bei ca. 20-30%
Gebiete mit aktueller Sternentstehung → hell, blau
Ursachen: s.u.
H. Todt (UP)
Computational Astrophysics
SoSe 2016
5 / 11
Galaxien V
NASA
H. Todt (UP)
Computational Astrophysics
SoSe 2016
6 / 11
Rotation von Galaxien I
Galaxien: Rotationskurve
→ differentielle Rotation: ω(r ) 6= const.
H. Todt (UP)
Computational Astrophysics
SoSe 2016
7 / 11
Spiralarme von Galaxien I
Ursache:
Dichtewellen (Lindblad 1925, Lin & Shu 1964)
→ wenige, große, symmetrische Arme
stochastic self-propagating star formation (SSPSF, s.u.)
→ auch viele kleine Arme
Dichtewellentheorie:
→ leicht elliptische Orbits mit
korrelierter Orientierung
→ komplexe N-Teilchen-Simulation
→ vollständige Erklärung durch Kombination beider Prozesse
H. Todt (UP)
Computational Astrophysics
SoSe 2016
8 / 11
Spiralarme von Galaxien II
Spiralarme durch Stochastic self-propagating star formation
Vergleich von
Beobachtungen (links)
mit
SSPSF-Simulationen
(rechts) für NGC 7793
(oben) und NGC 628
(unten) von Seiden &
Schulman (1990)
H. Todt (UP)
Computational Astrophysics
SoSe 2016
9 / 11
Stochastic self-propagating star formation (SSPSF) I
Idee: Newtonsche Dynamik beschreibt nur Massenverteilung in
Galaxien;
Umwandlung von Gas ↔ Sterne durch SSPSF
SSPSF als Perkolationsprozess
Perkolation (Durchsickern)
Ausbildung von zusammenhängenden Gebieten (Clustern) in
Zufallsgraphen. Bsp.: Durchsickern von Wasser in einem Kaffeefilter
Idee: massereiche (M > 8 M ), helle, kurzlebige (107 a) Sterne
triggern als finale Supernova weitere Sternentstehung → Stoßwellen
analog zu Zellulären Automaten, Game of Life
Infektion benachbarter Bereiche geschieht mit Wahrscheinlichkeit p
→ Parametrisierung der Sternentstehung
H. Todt (UP)
Computational Astrophysics
SoSe 2016
10 / 11
Stochastic self-propagating star formation (SSPSF) II
Vereinfachtes Modell (Gould &
Tobochnik 1988)
da h D → 2D-Geometrie
(Scheibe)
polares Grid (r , α),
konstante Clustergröße
anfängliche Verteilung von
aktiven Sternclustern
Infektion der 6 Nachbarn mit
Wahrscheinlichkeit p nach
jedem Zeitschritt,
differentielle Rotation
einheitliche Lebensdauer für
jeden Cluster
H. Todt (UP)
Computational Astrophysics
SoSe 2016
11 / 11