Zwerggalaxien

Highlights der Astronomie
APOD vom18.01.05: NGC 346 in der Small Magellanic Cloud
Die Magellanschen Wolken und andere Zwerggalaxien
Was sehen wir?
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Gaswolke (blau?)
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dunkle Staubstreifen
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viele Sterne
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innerhalb der Wolke Sterngruppen
hellere Vordergrund­
sterne
ansonsten dicht stehende Sternfelder
vermutlich extra­
galaktisch, aber nicht zu fern
Stern­ und Gaswolke in einer der Magellanschen Wolken
NGC 346
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ist eigentlich der Sternhaufen im Zentrum
der Nebel ist ähnlich wie der
um die Plejaden ein
Reflexionsnebel
dabei wird das Licht an
kleinen Staubteilchen
gestreut, wobei diese
den Blauanteil besser reflektieren als den Rotanteil (Effekt wie blauer Himmel)
Größe: etwa 200 Lichtjahre
da Entfernung etwa 200,000 LJ, ist die Winkelausdehnung also
etwa 10 Bogenminuten
NGC 346 – ein Sternentstehungsgebiet
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wie so oft, wenn man Staub­ und Gaswolken hat, handelt es sich um ein Sternentstehungsgebiet
die Sterne des Sternhaufens sind jung, heiß (einige 10,000 K), massereich (> 10 M⊙)
die Lebenszeit solcher Sterne beträgt nur einige Millionen Jahre
die Sternentstehungszeit aus einer so großen Wolke ist aber auch etwa solange
daher können die massereichsten Sterne schon am Ende ihres Lebens angekommen sein, während andere noch im Entstehen sind
einige davon sind vielleicht sogar schon als Supernvoae (Typ II) explodiert
Röntgenemission von NGC 346
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CHANDRA­Aufnahme von NGC 346
Emission aus herzförmigem
Gebiet im Röntgen­Licht
Temperatur des emittierenden Gases etwa 8 106 K
etwa 100 LJ groß
es handelt sich vermutlich
um den Überrest einer Supernova, die vor einigen tausend Jahren explodierte
der Vorläuferstern könnte ein Begleiter der kleineren stellaren Röntgenquelle gewesen sein dabei handelt es sich um HD5980, ein massereicher veränderlicher Überriese (s.  Carinae)
Henry Draper Catalogue
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HD steht für Henry Draper Catalogue
veröffentlicht von Annie J. Cannon und Edward C. Pickering zwischen 1918 und 1924
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aus Archiven des Harvard Observatoriums
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aus photographischen Aufnahmen
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225,300 Sterne in neun Bänden
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Spektren und Spektral­Klassifizierung OBAFG...
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bis etwa 8. Größenklasse
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Name nach H. Draper, dessen Witwe das Geld für das Projekt zur Verfügung stellte
Röntgenemission um HD5980
im Optischen
auch viele Quellen,
aber nur die hellste
(HD5980) stimmt
mit Röntgen­
quelle überein
ganzes Feld im Röntgen:
75 Punktquellen außer der zentralen
Seitenlänge 3 arcmin
im Infraroten auch wieder Sterne zu sehen
“Baby­Sterne”
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HST hat mit der Advanced Camera angeblich auch 2500 Sterne entdeckt, die sich noch vor der Hauptreihe befinden, also das
zentrale Wasserstoffbrennen noch nicht
4.7 arcmin
gestartet haben*
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insgesamt in NGC 346 ca. 70,000 Sterne
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in drei Generationen:
–
einer 4.5 Milliarden Jahre alten
–
einer 5 Millionen Jahre alten –
eine soeben in der Entstehung befindlichen
(*unbekannt, welche Methode; auch keine weiteren Daten)
Die Kleine Magellansche Wolke
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“Nebel” im Sternbild Tucanae (Südhimmel)
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Ausdehnung etwa 280 x 160 arcmin (entspricht 5300 LJ)
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Entfernung 210,000 LJ (Entfernungsmodul 18.1)
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Typ: irregulärer Zwerg (dIrr)
Kleine Magellansche Wolke
auf der Sternkarte,
Position von NGC 346 innerhalb
der SMc
mit dem Kugelsternhaufen
47 Tucanae
SMC in diversen Wellenlängen
im nahen IR
viele junge
Sterne
im Sichtbaren
im Ultravioletten
im fernen Infrarot
die Große Magellansche Wolke
Typ: Irregulär (Irr)
Entfernung 179,000 LJ
oder 18.5 mag
Größe: 650 x 550 arcmin
oder 10000 LJ
Masse: 1010 M⊙ helles Objekt links oberhalb
ist der Tarantel­Nebel bzw.
30 Doradus, wo auch SN1987A
explodierte
Die Magellanschen Wolken...
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haben etwa ½ bzw. ¼ der Metallhäufigkeit der Milchstraßenscheibe
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besitzen für Zwerggalaxien viel Gas, daher viel Sternentstehung
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haben eigene Kugelsternhaufensysteme:
–
SMC: Alter von 1 bis 13 GJ
–
LMC: einige sehr alte bei 13 GJ, einige relativ junge (weniger als 3 GJ), nur einen im dazwischen liegenden Altersbereich
–
Erklärung ?
gravitative Wechselwirkung mit
Milchstraße und SMC
Der Magellansche Strom
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da sich die Magellanschen Wolken im Gezeitenfeld der Milchstraße befinden, werden bei großer Annäherung Sterne aus ihnen gerissen, die dann der Bahn folgen, aber nicht mehr zu den beiden Galaxien gehören
Simulation des Magellanschen Stroms
(Connors, Kawata, Maddison & Gibson, 2004)
Zwerggalaxien normale Galaxien
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Masse 108 – 1010 M⊙
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absolute Helligkeit
MV = ­10 bis ­20
MB = ­10 bis ­20
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Geschindigkeitsdispersion bei 10 km/s
in Galaxien­Haufen ist die Gesamtmasse vergleichbar mit der in normalen Galaxien
Typen:
–
dE bzw. dSph
–
dIrr
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Masse 1011 – 1013 M⊙ (oder auch darüber)
absolute Helligkeit etwa
MV = ­18 und heller
Geschindigkeitsdispersion bei 100 km/s
Typen:
–
elliptische
–
Spiralgalaxien
–
(irreguläre)
Vergleiche
dE­Beispiel: NGC 205 (M110), Begleiter von M31
MV = ­16.3
dIrr­Beispiel: NGC 1705 eine Starburst­Galaxie
17 Mill. LJ entfernt; Starburst, der nur wenige Mill. Jahre alt ist
nahe Zwerggalaxien
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einige Zwerggalaxien sind der Milchstraße so nahe, dass sie lange unentdeckt blieben
werden gefunden durch
–
erhöhte Sterndichte
–
kinematische Eigenschaften im Geschwindigkeitsraum
befinden sich im Gezeitenfeld der Milchstraße und werden daher schnell zerrissen
Beispiele: –
Sagittarius zwerg­elliptische Galaxie*
–
Fornax zwerg­sphäroide Galaxie
–
Ursa Minor Zwerggalaxie
*
es gibt auch noch eine Sagittarius dIrr!
Sagittarius Zwerg­Elliptische (Sgr dE)
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auch “dwarf spheroidal” (dSph)
liegt “hinter” dem galaktischen
Zentrum
wurde 1994 entdeckt durch höhereSterndichte beim Blick in Richtung Sagittarius
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190x490 arcmin, 80,000 LJ entfernt
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Masse 1/1000 der Milchstraße
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wird in nächsten 100 Millionen J. Scheibe durchfliegen
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hat bereits Teil ihrer Sterne und ihres Gases
verloren (tidal stream)
obwohl 10­20 Perigalactica erlebt, immer noch weitgehend intakt. Wieso?
Entdeckung von Sgr dE
erhöhte Sterndichte, unterhalb
der Scheibe
Gruppe von Sternen mit
deutlich erhöhter Geschwindigkeit
Fornax dSph
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450,000 LJ entfernt
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20 106 M⊙ Masse
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1938 entdeckt
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4 helle Kugelstern­
haufen (NGC 1079
der bekannteste)
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dSph sind für gewöhnlich alt (10 GJ)
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dagegen haben dIrr wohl meist andauernde Sternentstehung
Sternpopulationen in Fornax dSph
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man kann die Einzelsterne noch auflösen und somit ein CMD untersuchen
Ergebnis für Fornax:
–
alte Population (10 GJ oder mehr)
–
junge Population (200 MJ)
–
Wechselwirkung mit Milchstraße?
2 Arten von Roten Riesen (rot)
ergeben Gesamtpopulation (blau)
Metallizitätsverteilung ●
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in den lokalen Zwerggalaxien kann man meist noch wenigstens den Riesenast auflösen
dieser ist breit, anders als in Kugelsternhaufen, die einen engen Metallgehalt haben
durch Vergleich mit den Riesenästen von Kugel­
sternhaufen kann man die
Breite und Verteilung des
Metallgehalts in der Zwerggalaxie eingrenzen
Die Umgebung der Milchstraße
im Umkreis von 50,000 Lichtjahren
und von 500,000 LJ
Zwerggalaxien in der Lokalen Gruppe
ca. 40­45 Galaxien
● davon 2 große Spiralgalaxien
● bilden 2 Subsysteme
● und 2 Elliptische (M32 und NGC 205)
● 4 Irr
● ca. 18 dSph/dE
● ca. 12 dIrr
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dIRR: gelb; dE/dSph: blau­grün; Übergangstypen: violett; Spiralen: offen
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http://www.ast.cam.ac.uk/~mike/local_members.html
Beziehung Metallizität ­ Helligkeit
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in den lokalen Zwerggalaxien besteht eine starke Korrelation zwischen Metallizität und Leuchtkraft im Blauen
Z ∝ L0.4
B
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Helligkeit skaliert auch mit Masse, also eine Metallizität­
Masse­Korrelation
Gasgehalt nicht wichtig, da für dSph und dIrr gleich
niedrig
nur Zahl der Sterne
hier Sauerstoff stellvertretend für alle Metalle
Sternentstehungsgeschichten
baryonische Dunkle Materie
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neutraler Wasserstoff (HI) erstreckt sich offensichtlich wesentlich weiter als leuchtendes Gas, ein Hinweis auf viel Dunkle Materie, die das Gravitationspotential ausmacht
NGC 2915 (dIrr, auch Blue Compact
Galaxy;
etwas außerhalb
der lokalen Gruppe)
blau: HI, Radio
weiß/gelb: optisch
Dunkle Materie
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aus kinematischen Daten (dSph) kann man den Dunklen Materie Anteil bestimmen
für hellere Zwerge scheint log(M/L) mit 1/L zu gehen
daneben aber ein Dunkler Halo mit konstanter Masse von etwa 2.5 107 M⊙ zu besitzen
Gibt es also völlig dunkle Zwerggalaxien?
Was die Milchstraße von den Zwergen hat
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das Gezeitenfeld der Milchstraße beeinflusst offensichtlich Lebensdauer, Sternentstehung und damit chemische Entwicklung der nahen Zwerggalaxien
umgekehrt akkretiert sie wohl Gas und Sterne aus den Zwergen
damit ist die Entwicklung der Milchstraße kein geschlossenes System, sondern offen
Beispiel: Kugelsternhaufensystem –
junge Halo­KSH der MW haben Eigenschaften wie externe KSH der Zwerge Sgr und Fornax. Könnten alle (30) akkretiert sein
–
ebenso 12 von 60 alten Halo­KSH
–
nur ca. 37 galaktische Scheiben­ und Bulge­Haufen wären dann “original”
bei Einzelsternen wohl ähnlich, aber nicht einfach nachzuweisen
Zwerge und Sternentstehung
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diese “compact blue dwarf galaxy” zeigt starke Stern­
(haufen)entstehung (rot)
obwohl diese Galaxien wenig Gas haben, sind sie oft sehr aktiv
außerdem sind sie sehr metallarm
wir könnten daher Ereignisse sehen, wie sie sich in der Frühzeit der Milchstraße abgespielt haben (“Erste Sterne”)
Zwerge in Haufen
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zahlenmäßig dominieren Zwerggalaxien in Galaxienhaufen
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z.B. Virgo­Haufen: 250 große, aber 2000 Zwerggalaxien
Abell 496 Galaxienhaufen
(z=0.0331):
bis zu 35,000 Galaxien
Galaxienentstehung
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im hierarchischen Bild entstehen aus primordialen Dichteschwankungen erst kleine Materieansammlungen (106 M⊙)
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diese verschmelzen dann zu größeren ●
Merging­Tree
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am Ende stehen dann die großen Galaxien
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Zwerggalaxien wären dann die Bausteine dieser großen Galaxien
nur früher, oder auch heute noch?
die GIF­Simulation
verbindet analytische mit numerischen Ergebnissen
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gezeigt ist die Entstehung und das Wachsenvon Galaxien
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Dark Matter: grau
● Galaxien: rot, gelb, grün, blau: steigende Sternentstehung
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am Anfang: alle Galaxien isoliert und bilden heftig Sterne
● am Ende: im Zentrum der großen Struktur Gas aufgebraucht (Ellipsen), aber in der Peripherie noch Sternentstehung (Zwerge)
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Entwicklung von Galaxien simuliert
Simulation von M. Steinmetz
(Potsdam)
­ einmal relative ruhig
­ einmal sehr heftig
Zusammenfassung
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Zwerggalaxien sind die zahlenmäßig häufigsten
sind oft noch relativ wenig entwickelt, und erlauben daher Blick zurück
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sind weit weg von normalen Galaxien entstanden
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werden von diesen beeinflusst bis einverleibt
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Zwerge und Riesen beeinflussen sich gegenseitig
●
●
die Entwicklung der Riesen (Milchstraße) ist nicht nur eine interne Geschichte
Zwerge sind die Bausteine der Riesen, und der Bau geht vermutlich immer noch weiter
... und das nächste und letzte Mal
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The Physics of Star Trek
... und das nächste und letzte Mal
Astronomische Satelliten