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Astronomie für Nicht-Physiker
 Vorlesungsplan
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SS2013
18.4. Astronomie heute: Just, Fendt
25.4. Sonne, Erde, Mond: Fohlmeister
2.5. Das Planetensystem: Fohlmeister
16.5. Teleskope, Bilder, Daten: Fendt
23.5. Geschichte der Astronomie: Just
6.6. Sterne - Zustandsgrößen: Fendt
13.6. Sterne - Entwicklung: Fendt
20.6. Die Milchstraße: Just
27.6. Astrochemie und Leben: Fendt
4.7. Galaxien: Just
11.7. Aktive Galaxien, Quasare und Schwarze Löcher: Fendt
18.7. Urknall und Expansion des Universums: Just
25.7. Weltmodelle: Just
1.8. Besuch MPIA/LSW und HdA: Fendt
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
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Inhalt
 Normale Galaxien
Typen und Klassifikation
Eigenschaften
 Verteilung von Galaxien
Lokale Gruppe
Feldgalaxien
Paare, Gruppen, Haufen, kosmisches Netz
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Astronomie für Nicht-Physiker:
Spiralgalaxien
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mit und ohne Balken3
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Astronomie für von
Nicht-Physiker:
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Spiralgalaxien
oben oder von der Kante gesehen
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Elliptische Galaxien: M89
NGC 1316, Fornax
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M87, Virgo
M59
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Zwerggalaxien:
LMC+SMC
M32
Pegasus
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Wechselwirkende
(kollidierende,
verschmelzende)
Galaxien
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Galaxienhaufen mit
kollidierenden Galaxien
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Virgo Galaxienhaufen
Normale +
sehr lange Belichtung
(inSS2013
Falschfarben)
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Kataloge
Galaxien (namensgebend):
 NGC:New General Catalogue (Dreyer 1888; Sinnott 1988)
 UGC:Uppsala General Catalog of Gal. (Nielson 1973)
 IC:Index Catalogue (Additions to NGC; Dreyer 1895, 1908;
Sinnott 1988)
 RC3:Third Reference Catalog of Bright galaxies (de
Vaucouleurs et al.1991)
Galaxienhaufen:
 Abell:Catalog of Rich Clusters of Galaxies (Abell 1958, Abell et
al. 1989)
Bilder (Bibliothek ARI):
 A.Sandage, The Hubble Atlas of Galaxies, 1961
 A.Sandage, J.Bedke; The Carnegy Atlas of Galaxies, 1994
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Klassifikation
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Klassifikation von Galaxien
Hubble-Sequenz
 Elliptische Galaxien (E0-E7)
E0: rund
E7: Achsenverhältnis 10:3
 Linsenförmige Galaxien (S0)
Bauch und Scheibe (ohne
Spiralarme)
Frühe Typen
…
späte Typen
 Spiralgalaxien (Sa-Sc)
Mit (Sba-c) oder ohne Balken
Bauchgröße abnehmend
Spiralarme weiter geöffnet
Gasanteil zunehmend
 Irreguläre Galaxien (Sd, Irr)
Klumpige Struktur
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Hubble-Klassifikation: Beispiele
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Hubble-Klassifikation: Beispiele
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Klassifikation von Galaxien
Zwerggalaxien
 Zwergellipsen
 Zwergshäroidale
 Zwergirreguläre
 Blaue kompakte Zwerge
hell
.
.
.
.
leer
schwach
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Galaxien in anderen Wellenlängen
Röntgen
UV
optisch
NIR (2mm)
optisch
IR (8mm)
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Thermisches IR (24mm)
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HI (21cm)
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Leuchtkräfte und Massen
Leuchtkraftbereich von Galaxien
 MV=-24 mag
Riesen-elliptische Galaxien im Zentrum von Galaxienhaufen
 MV=-20 mag
Milchstraße
 MV=-1.5 mag
Segue1
 entdeckt von Belokurov et al. 2007, ApJ 654, 897, Doktorand
am MPIA in Heidelberg
 Leuchtschwächste Zwerggalaxie
 Entfernung D = 23 kpc, Durchmesser R = 100 pc
 Masse
• Sterne
m=5∙105 MSonne
• Dynamische Masse mdyn ~ 108 MSonne
• Dominiert durch Dunkle Materie (kein Kugel-Sternhaufen)
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Eigenschaften von Galaxien
 Helligkeit/Farbe
Hellste Galaxien: rot
Rote Galaxien:
elliptisch
Blaue Galaxien:
Spiralgalaxien
Alter/Entwicklung:
nächste Stunde
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Korrelationen
Spiralgalaxien
 Tully-Fisher-Relation
 Leuchtkraft L und maximale
Rotationsgeschwindigkeit v
korrelliert: L~v2.6
Elliptische Galaxien
 Fundamentalebene
 Leuchtkraft Ie – Radius re –
Geschwindigkeitsstreuung σ0
korrelliert: re~σ01.4Ie-0.85
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Dunkle Materie (DM)
 2 historische Meilensteine
1937: Fritz Zwicky
 Geschwindigkeiten der Galaxien im Coma-Haufen
 Streuung σComa ≈ 1000 km/s
 Zugehörige ‘dynamische’ Masse, um den Haufen gravitativ
zusammenzuhalten, ist um ein Vielfaches größer als die aus
der Leuchtkraft der Galaxien bestimmte Masse von Sternen
und Gas
1970er: Rubin, Freeman u.a.
 Gasrotationskurven von Spiralgalaxien
 ‘flach’ und viel weiter ausgedehnt als Sternverteilung
 Kreisbahnen: eingeschlossene Masse wächst proportional zum
Abstand
 Ausgedehnter Halo aus Dunkler Materie
Fehlende (unsichtbare) Masse = Dunkle Materie oder
modifiziertes Gravitationsgesetz (MOND-Theorien)
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Dunkle Materie
Rotationskurven
 Bulge
 Scheibe (Sterne und Gas)
 DM Halo
DM Halo
Scheibe
DM Halo
Scheibe:
Sterne
Gas
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Galaxienverteilung
Galaxien sind nicht zufällig im Raum verteilt
Lokal
 Feldgalaxien
 Paare
 Gruppen
 Haufen
Großräumig
 Das kosmische Netz
Global
 Homogenes und isotropes Universum
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Lokale Gruppe
 Spiralgalaxien: Milchstraße, Andromedanebel M31
und M33
 Kleine und Große Magellansche Wolke
 Ca. 40 Zwerggalaxien
Andromedanebel M31
+ M32 (dE or E2)
+ NGC 205 (dE or E5)
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LMC und SMC
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Lokale Gruppe
 Zwerggalaxien
Massen 107-1010 Msonne
Einige mit sehr geringer Flächenhelligkeit
Einige lösen sich gerade im Gezeitenfeld der Milchstraße auf
Leo1: nahe bei der Milchstraße
Sgr Zwerggalaxie, zerrissen im
Gezeitenfeld der Milchstraße
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Lokale Gruppe
 Die meisten Zwerggalaxien sind Begleiter von
Milchstraße oder M31
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Galaxienverteilung
Rand des 'heutigen (lokalen) Universums'
 Lichtlaufzeit
t ~ 1 Gyr
 Entfernung
D ~ 300 Mpc
 Expansionsgeschwindigkeit:
v ~ 21 000 km/s
 Rotverschiebung
z ~ 0.07
 Entfernungsmodul m-M ~ 37.5 mag
 Erscheinung der Milchstraße in der Entfernung von
D~ 300 Mpc

Helligkeit
radiale Skalenlänge
Rotverschiebung
absolut
MV=-20 mag
L=3 kpc
λ=550 nm
scheinbar
mV=17.5 mag
l = 2"
λobs = 589nm
 Gerade noch im V-Band, aber Farbkorrekturen notwendig
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Feldgalaxien
Gleichmäßig/zufällig im Raum verteilt
Gravitativ ungebunden zu anderen Galaxien
Mischung: Spiralen/Elliptische Galaxien 1:1
Große Galaxien sind von Zwerggalaxien
umgeben
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Galaxienpaare
Schwer zu identifizieren, wenn nicht
wechselwirkend
NGC 1409, 1410
Projiziert oder gebunden?
M51
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Galaxiengruppen
 Bis zu 50 Mitglieder
 Kleine Gruppen sehr kompakt
Kurze dynamische Lebensdauer
Im letzten Gyr entstanden?
Kompakte Gruppen
Hickson compact
groups: HCG87
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Stephans Quintett
D ~ 100 Mpc 29
Galaxienhaufen
 Größte gravitativ gebundene Systeme im Universum
 ~100 – 1000 Galaxien
 < 30% Spiralgalaxien
 Virgohaufen
Am nähesten: D~17Mpc
Radius ~1Mpc; Unterstrukturen
M87 im Zentrum des
Virgohaufens
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Galaxienhaufen
 Comahaufen
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Galaxienhaufen
Galaxienkollision in Abell 1185
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Galaxienhaufen
 Abell 2218 mit Bögen=Gravitationslinsenbilder von
Hintergrundgalaxien
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Galaxienhaufen
 Geschwindigkeitsstreuung σ~1000km/s
 40% der Haufen haben heißen Röntgenhalo
Heißes Gas mit T~107-108K
Gasmasse ~ 5x(stellare Masse)
Comahaufen:
D~100Mpc
Ø~ 3° am Himmel
Links: optisches Bild, rechts: Röntgenbild
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Galaxienhaufen
 in großer Entfernung / Rotverschiebung
Zentrum eines entfernten
Haufens
Haufen bei großer Rotverschiebung D~2.5Gpc
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Kosmologische Rotverschiebung
 Fluchtgeschwindigkeit
 Proportional zur Entfernung v=H0∙D
 Hubblekonstante H0 ≈ 70 km/s/Mpc
Dopplereffekt: Rotverschiebung z=v/c; Δλ=z∙λ0
Historisch:
Edwin Hubble 1929
H0 ≈ 500 km/s/Mpc
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Supernovae Typ 1a
Kosmologische Entfernungen
 Fluchtgeschwindigkeit = Rotverschiebung v=z∙c
 Supernovae Typ 1a (SN1a)
Hellste Entfernungsindikatoren
SN1994D in NGC 4526
z∙c=850km/s (SN Ia)
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Massenfluss in Doppelsternsystem von Rotem
Riesen auf Weißen Zwerg bis Chandrasekhar
Massengrenze überschritten:
Ausgangssituation für SN-Explosion immer
gleich -> Helligkeit immer gleich
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Supernovae Typ 1a
Klassifikation
 Lichtkurven
 Spektren
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Supernovae Typ 1a
Dopplereffekt
 Fluchtgeschwindigkeit + Radialgeschwindigkeit
 Expansion der Hülle: v = 10000-15000 km/s
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Supernovae Typ 1a
Leuchtkraftkorrekturen
 K-Korrektur
 Extinktion + Rötung
0, 0.1,
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0.5,
1.0 =z
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Supernovae Typ 1a
Leuchtkraft nicht immer
gleich
 Korrelation
Dauer – max. Helligkeit
 Leuchtkraftkorrekturen
Relativistische Zeitdilatation
K-Korrektur
Extinktion
Abzug von Galaxienlicht
 Eichung an beobachteten
SN1a mit bekannter
Entfernung
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Supernovae Typ 1a
SDSS II: Supernova Survey: Beispiele
Src.: Zheng et al. 2008 AJ 135, 1766
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Kosmologische Rotverschiebung
Leuchtkraftentfernung
 Entfernungsmodul (mB-MB)(z)
Abhängig vom Weltmodell
Beschleunigte Expansion
(Physik-Nobelpreis 2011)
Steigung bei kleiner
Rotverschiebung z liefert
die Hubblekonstante
H0=71km/s/Mpc
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Kosmisches Netz
 Großräumige Verteilung aus
Rotverschiebungssurveys
Schwammstruktur (Filamente mit Galaxienhaufen in Knoten)
H0=70 km/s/Mpc
z=Δλ/λ=v/c=0.033
v=10000 km/s
D=v/H0=cz/H0
D=140 Mpc
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Kosmisches Netz
 Neue Durchmusterungen (2dF, SDSS surveys)
 Schwammstruktur gleichmäßig im Raum (in alle
Richtungen und Entfernungen)
SDSS: Tegmark
et al. 2003
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Globale Struktur
 Schwache Radioquellen bei z ~ 1 (vor 7-8 Gyr)
Gleichmäßig in Entfernung und Richtung verteilt
Universum homogen und isotrop auf sehr großen Skalen
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Astronomie für Nicht-Physiker
 Vorlesungsplan
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SS2013
18.4. Astronomie heute: Just, Fendt
25.4. Sonne, Erde, Mond: Fohlmeister
2.5. Das Planetensystem: Fohlmeister
16.5. Teleskope, Bilder, Daten: Fendt
23.5. Geschichte der Astronomie: Just
6.6. Sterne - Zustandsgrößen: Fendt
13.6. Sterne - Entwicklung: Fendt
20.6. Die Milchstraße: Just
27.6. Astrochemie und Leben: Fendt
4.7. Galaxien: Just
11.7. Aktive Galaxien, Quasare und Schwarze Löcher: Fendt
18.7. Urknall und Expansion des Universums: Just
25.7. Weltmodelle: Just
1.8. Besuch MPIA/LSW und HdA: Fendt
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