6. Galaxien und Quasare
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————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— 6. Galaxien und Quasare Hubbles Galaxiensystematik Milchstraße Quasare ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— 6.1 Hubbles Galaxiensystematik ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Systematik der Galaxien nach E. Hubble Die Gestalt der Galaxien enthält Hinweise auf innere Eigenschaften und auf frühere Wechselwirkungen mit anderen Galaxien. Die größten elliptischen Galaxien erweisen sich als ziemlich einheitlich, und daher dienen sie als Normobjekte für die Entfernungsbestimmung (trigonometrisch und photometrisch). ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Elliptische ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Elliptische Galaxien NGC 4881, E, Coma-Haufen, >300 Mill. Lj M 87, E1, Virgo-Haufen, 60 Mill. Lj ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— M31, M32 und M110: Nachbarn in der Lokalen Gruppe M31: D ∼ 2.5 Mill. Lj vradial ∼ −260 km s M32 (E2) Zentralregion: optisch: 2 Kerne? M31 (Sb) HST X-Emission: viele Nebenquellen M110 (E5) Chandra OPTISCH HST ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Heißes intergalaktisches Gas in reichen Galaxienhaufen Der Galaxienhaufen Abell 2125 enthält mehrere hundert Galaxien, eingebettet in heißes Gas (2×107 K), dessen Röntgenemission im linken Bild gelb bis rot markiert ist. Die Galaxie C153 durchläuft den Cluster zentrumsnah mit etwa 2000 km/s. Dabei verliert sie große Teile ihres interstellaren Gases an den Cluster. Das weiter erhitzte Gas bildet einen Schweif hinter C153 (Bildausschnitte). CHANDRA X-Teleskop ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Spiralen und Balkenspiralen ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Spiralen und Balkenspiralen M 104, Typ Sa, 50 Mill. Lj Milchstr.-Modell Typ SABbc, 27 000 Lj Balken M 31, Typ Sb, 2.5 Mill. Lj NGC 1300, Typ SBbc 100 000 Lj, 70 Mill. Lj http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/astropix.html M 33, Typ Sc nahe M 31 NGC 1365, Fornax cluster 160 000 Lj, 60 Mill. Lj ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Große Magellansche Wolke (GMW) irregulär mit Balken Typ SBm 170 000 Lj links oben: Tarantel-Nebel (30 Doradus) Ort der Supernova 1987A http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/astropix.html ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Chemische Elemente in der großen Magellanschen Wolke Nur Licht aus atomaren Übergängen, Sternlicht eliminiert Wasserstoff: rot-violett Schwefel: gelb Sauerstoff: grün http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/astropix.html ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Dichtewellen durch gedrehte Ellipsen erzeugen ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Irreguläre ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Lokale Gruppe 3D (3-Mill.-Lj-Umgebung) ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Irreguläre Galaxie NGC 6822, nur 1.5 Mill. Lj entfernt NGC 6822 hat ungewöhnlich viele große H-II-Regionen. Das sind heiße Wolken aus verdünntem Wasserstoff. Sie leuchten rot im Licht der Balmer-Serie. http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/astropix.html ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Irreguläre Zwerggalaxie Leo I Typ: Irreguläre Lokale Gruppe Entfernung: 815 000 Mill. Lj Durchmesser: 10 000 Lj http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/astropix.html ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Entwicklung ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Einordnung der Hubble Deep Fields Heute, 13.7 Mrd. Jahre dem ”Big Bang“, nach zeigt uns das ”Hubble Ultra Deep Field“ Objekte aus einer Epoche nur 400 Mill. Jahre nach dem ”Big Bang“. Diese Objekte Zwerggalaxien. waren HST ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Galaxienverschmelzung NGC4038/NGC4039 HST ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— NGC4038/NGC4039 Antennengalaxie Wachstum vorwiegend schmelzung von Galaxien durch Ver- kaum unmittelbare kollisionen Stern- vorwiegend Kollision der Wolken des interstellaren Gases, dabei Verdichtungen, eruptive Sternbildung (starburst) ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Verschmelzung von Galaxien: NGC2207 und IC2163) ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Wagenrad-Galaxie: Nach frontaler Kollision Entfernung: 500 Mill. Lj Vor 200 Mill. Jahren ereignete sich eine frontale Kollision mit der Galaxie links oben. Davon war hauptsächlich das interstellare Gas beider Galaxien betroffen. Als deutlich sichtbare Folgen sind der Ring mit intensiver Sternbildung, der Schweif neutralen Wasserstoffs bis hin zum Stoßpartner und die Feinstruktur im zentralen Bereich anzusehen. Aufnahmen: Hubble Space Telecope und Very Large Array ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— 6.2 Milchstraße ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Ansichten ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Sonnensystem: Position in der Galaxis Milchstraße: Durchmesser 100 000 Lj Gesamtmasse 400 Mrd. MO Spiralarme sind Dichtewellen im H-Gas schwarzes Loch im Zentrum (2.6 Mill. MO ) Halo, Durchmesser 160 000 Lj im Halo etwa 160 Kugelsternhaufen Korona, Durchmesser 650 000 Lj Sonne: 25 000 Lj vom Zentrum 1 Umlauf in 200 Mill. J, 250 km/s http://cassfos02.ucsd.edu/public/tutorial/MW.html ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Milchstraße: Mögliche Ansicht von außen Balken-Spirale Durchmesser 100000 Lj Hubble-Typ SABbc Zentralbereich - alte, rote Sterne Spiralen - junge, blaue Sterne http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/astropix.html ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Milchstraße im Sichtbaren: Staub verhüllt das Zentrum ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Milchstraße im Sichtbaren: Staub verhüllt das Zentrum ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Galaxis: Elektromagnetische Emission von Radio bis Gamma Radiokontinuum, 408 MHz, Bonn, Jodrell Banks, Parks atomarer Wasserstoff, 21-cm-Linie, Leiden-Dwingeloo, Maryland-Parkes Radiokontinuum, 2.4 - 2.7 GHz, Bonn, Parks molekularer Wasserstoff, 115 GHz, Columbia GISS Infrarot, 12/60/100 µm, IRAS nahes Infrarot, 1.25/2.2/3.5 µm, COBE, DIRBE optisch, Laustsen et al. Röntgen-Strahlung, 0.25/0.75/1.5 keV, ROSAT, PSPC Gamma-Strahlung, >190 MeV, CGRO, FGRET ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Milchstraße: Radioemission der Zentralregion Radioquelle Sgr A∗ und Umgebung: Die Bogenquelle (unten) liegt außerhalb der galaktischen Ebene. http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/astropix.html ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Zentrales Schwarzes Loch ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Milchstraße: Schwarzes Loch im Zentrum Sterne und Gaswolken umlaufen das galaktische Zentrum im Abstand r mit Geschwindigkeiten v(r) = s G M (r) , r die durch die eingeschlossenen Massen M (r) bestimmt sind (G Gravitationskonstante). Die Messung von v(r) liefert daher die Masseverteilung (Bild). 2.61 × 106 MJ homogene Verteilung Dichte 2.2 × 1012 MJ /pc3 Danach befinden sich 2.61 Mill. Sonnenmassen in einer 0.1-pcUmgebung des Zentrums. Diese Masse ist nicht homogen verteilt. Ein mögliche Interpretation ist ein zentrales Schwarzes Loch. nach Ott, MPE in der MPG ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Milchstraße: Aktives Zentrum Ultrarot-Bilder der Sternbewegung um das Zentrum (links, Pfeile) veweisen auf ein Schwarzes Loch mit etwa 2.6 Mill. Sonnenmassen. Im Röntgenbereich (rechts) werden mehrere variable stellare Quellen sichtbar. Das Zentrum liegt knapp oberhalb der Quelle C. http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/astropix.html ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Milchstraße nahe Sgr A∗: Auflösung einzelner Sterne Die Radioquelle Sgr A∗ ist Sitz einer supermassiven Schwarzes Lochs von etwa 2.6 Mill. Sonnenmassen. Das ist unumstößlich erhärtet worden durch die Beobachtung der Bewegung einzelner Sterne im Gravitationsfeld des Schwarzen Lochs. Der Europäischen Südsternwarte (Cerro Paranal) galang der Nachweis mit Hilfe des 8-m-Teleskops YEPUN und der Kameratechnik NACO, die den störenden Einfluss der Erdatmosphäre kompensiert. Für einen Stern besonders dicht bei Sgr A∗ konnte die geschlossene Bahn eine Stern (Ausdehnung etwa 3 mal Plutobahn) beobachtet werden. Interferometer am Keck-Teleskop ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Dunkle Materie ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Milchstraße: Dunkle Materie in der Korona und im Halo Schließt man zunächst dunkle Materie aus, so sollten Objekte außerhalb des leuchtenden Bereichs das Zentrum mit Geschwindigkeiten v(r) = r GMleucht ∼ r r 1 , r umlaufen (blau). Die Messung liefert aber eher konstante Geschwindigkeiten (rot). Offenbar sorgt Dunkle Materie auch in großen Abständen für M(r) = Mleucht (r) + MDM (r) ∼ r. leuchtend Halo Korona ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— 6.3 Quasare ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Quasi-stellare Objekte (QSOs) In optischen Teleskopen erscheinen QSOs wie die Sterne als punktförmige Quellen. Aus der zeitlichen Änderung ihrer Leuchtkräfte entnimmt man Ausdehnungen der Größenordnung Lichtstunden, aber sie können Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sein. Bild unten: Quasar mit Rotverschiebung z = 5.8. ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Quasare in zunehmend gestörten Galaxien (v. l. nach r.) PG 0052+251 1.4 Mrd. Lj IRAS04505+2908 3 Mrd. Lj PHL 909 1.5 Mrd. Lj PG 1012+008 1.6 Mrd. Lj Hubble Space Telescope PG 0316+346 2.2 Mrd. Lj IRAS13218+0552 2 Mrd. Lj ————— Vorlesung ”ASTROPHYSIK UND KOSMOLOGIE“ an der TUCh im WS 2006/07 ————— Aktive Galaxienkerne: Schematisch Aktive Galaxienkerne sind ziemlich einheitlich aufgebaut: • ein zentrales Schwarzes Loch (einige 106 . . . 109 MJ ), umgeben von einem accretion disc • beidseitig Jets entlang axialer Magnetfelder, an den Enden Radioflügel • breite Emissionslinien aus der Umgebung des accretion disc, schmale von weiter außen • ein Torus aus rotierendem Material verdeckt das Zentrum • Typen Seyfert I, QSO, Seyfert II, Blazar, BL Lac je nach Draufsicht, Leuchtkraft und Entfernung QSO Seyfert I ↓ Seyfert II ց BL Lac Blazar ւ Radioflügel Jet Schwarzes Loch accretion disc Torus Jet Radioflügel
