Einführung in die extragalaktische Astronomie Prof. Peter Schneider
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Galaxienentstehung und -Entwicklung • Erwartung aus Strukturbildung • Kalte Sternströme • Galaxienverschmelzung • Semi-analytische Galaxien-Modelle Einführung in die extragalaktische Astronomie Prof. Peter Schneider & Dr. Patrick Simon Galaxienentstehung und -Entwicklung Erwartung aus Strukturbildung N-Teilchen Simulationen sagen Verhalten der Simulation Dunklen Materie als Funktion von z voraus; insbesondere das Entstehen von Halos und ihre Verschmelzungsprozesse. Bildung eines Halos mit 3x1012 Msun Halos kleiner Masse bilden sich in CDMModellen zuerst; massereiche Halos später (u.a. durch Verschmelzung aber auch Kollaps). Gas folgt Dunkler Materie zuerst, hat aber später andere räumliche Verteilung wegen Heizen/Kühlen/Dissipation. Falls Gas effizient kühlt, bilden sich Sterne. Bevor Dissipation relevant: sphärodiale Sternkompontente, sonst Scheibenpopulation (Dissipation + Drehimpuls zwingt Gas in Quelle: Stewart, Beobachtete Stadien wechselwirkender Galaxien.K.R. et al. (2008) Scheibe). Galaxienentstehung und -Entwicklung Erwartung aus Strukturbildung Spiralgalaxien wie die Milchstrasse besitzen beide Komponenten. Simulation Was passiert beim Verschmelzen zweier Halos bzw. zweier Galaxien? Hängt von mehreren Parametern ab: (a) relative Geschwindigkeit, (b) Impaktparameter und insbesondere (c) dem Massenverhältnis. Man erwartet, dass sich nur bei einem “Major Merger” (zwei Galaxien etwa gleicher Masse) Galaxien völlig verändern: • Scheibe wird zerstört, d.h. Scheibenpopulation kann zu einer sphäroidalen Komponente werden; • Gasorbits werden gestört; ermöglicht extreme Sternentstehung (Starburst) oder kann zentrales SMBH füttern (AGN Aktivität); • Teil der Materie kann aus Galaxien herausgeschleudert werden; • Auf langen Zeitskalen kann sich Gas durch Dissipation erneut in Scheibe sammeln. Galaxienentstehung und -Entwicklung Erwartung aus Strukturbildung Quelle: Michael Bertschik/MPIA Heidelberg Simulation Quelle: HST/NASA Alar Toomre Juri Toomre Pioniere der Simulation von Galaxien-Kollisionen Beobachtete Stadien wechselwirkender Galaxien. Galaxienentstehung und -Entwicklung Kalte Sternströme Falls Massenverhältnis klein und relative Geschwindigkeit klein, kann kleinere Simulation Galaxie vermutlich relativ ruhig akkretiert werden. Ihre Sternpopulation hätte dann etwa gleiche Orbits in der großen Galaxie. Solche kalten Sternströme sind in der Milchstraße entdeckt worden, z.B. langsames Verschmelzen der Saggitarius dSph mit der Galaxis. Saggitarius-Strom in 2MASS Quelle: David Law, Univ.of Virginia Quelle: V. Belokurov/SDSS team Quelle: Scientific American Galaxienentstehung und -Entwicklung Kalte Sternströme Anzeichen für Akkretion von kleinen Galaxien durch Spiralgalaxien werden auch in anderen Systemen beobachtet. Um die kalten Sternströme sichtbar zu machen, sind sehr tiefe Beobachtungen notwendig. Quelle: MPIA Heidelberg, David Martinez Delgado et al. Science Release 2010-09-07 Simulation Galaxienentstehung und -Entwicklung Galaxienverschmelzung Centaurus A Galaxie Centaurus A mit optischer Aufnahme in Graustufen, Radioemission als Konturen und Infrarot in Rot (ISO-Satellit). FIR-Karte zeigt die Staubverteilung, die anscheinend einer Balkenspirale entspricht. Staub (FIR) Quelle: Mirabel et al. (1998), astroph/9810419 Es scheint also, als beherberge diese elliptische Galaxie eine Spirale, die anscheinend vom Gravitationsfeld der Ellipse stabilisiert wird. Vermutlich wurde diese Galaxie durch Verschmelzung gebildet. Dies könnte auch für die AGNAktivität (Radio) verantwortlich sein. Galaxienentstehung und -Entwicklung Galaxienverschmelzung Weiteres Indiz für Galaxienwechselwirkungen ist der Anteil von irregulären und pekuliaren Galaxien, der mit schwächer werdender Magnitude ansteigt. Deutet an, dass Rate der Wechselwirkung zwischen Galaxien und Verschmelzung mit z ansteigt -- wie auch erwartet in hierarchischen Modell. Galaxienentstehung und -Entwicklung Galaxienverschmelzung Polar-Ring Galaxie NGC4650A. Solche Galaxien besitzen neben ihrer Scheibe einen Ring von leuchtendem Material, der von den Polachsen der Scheibe geschnitten wird. Wahrscheinlichste Erklärung ist eine Kollision zweier Galaxien. Scheibe könnte ursprüngliche Scheibe der massiveren Galaxie sein. neue Sternentstehung Ring ist im Halo der inneren, kleineren Galaxie; Kinematik des Rings spiegelt Massenverteilung des Halos wider. Galaxienentstehung und -Entwicklung Semi-analytische Galaxien-Modelle Dunkle Materie Galaxien SAMs Quelle: Millennium-Simulation MPIA Garching/Volker Springel rote Galaxien blaue Galaxien Semi-Analytische Modelle (SAMs) der Galaxienentwicklung/Entstehung benutzen plausible Regeln, um Dunkle Halos in Simulationen mittels deren Verschmelzungs-Vergangenheit mit Galaxien zu bevölkern. Beispiel hier ist ein massiver Galaxienhaufen in einer N-Teilchen Simulation.
