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Einführung in die Astronomie & Astrophysik II 3. Was sind Galaxien? SoSe 2010, Knud Jahnke http://mpia.de/coevolution/Lectures/astro210 Geschichtliches • 10 Jhd., Abd al-Rahman al-Sufi: Andromeda + LMC • 1750, Thomas Wright: Milchstraße = viele Sterne + Gravitation • 1755, Immanuel Kant: Nebel = „Welteninseln“ • 26. April 1920: The Great Debate über Nebel – Harlow Shapley: Nebel = Teil der Milchstraße (Argument: Abstand Andromeda–MW unvorstellbare 108 LJ und Nova in Andromeda heller als Galaxie Supernova) – Heber Curtis: Nebel = „Island Universes“ wie Milchstraße (Argument: mehr Novae in Andromeda beobachtet als in Milchstraße) • 1922/23: Edwin Hubble, Entfernungsmessungen zu Nebeln Galaxien! Bitte sortieren: NGC 5033 NGC 4631 NGC 3190 NGC 3184 NGC 5866 NGC 4125 NGC 4552 Sortierkriterien 1. 2. 3. 4. 5. 6. Form (Spiralarme) Farbe (blau oder gelblich/rot) Größe Helligkeit Staubspuren? Zentrum: kugelförmig oder elongiert Sterne in Galaxien NGC 3184 NGC 4552 Elliptische Galaxie (E) Spiralgalaxie (S…) NGC 3198 Sterne in Galaxien Spiralgalaxie: Rotationskurve Sterne in Galaxien Spiralgalaxie: kinematisch „kalt“, koordinierte Rotation, Scheibe Sterne in Galaxien Elliptische Galaxie: kinematisch „heiß“, wenig Rotation, Spheroid Einschub: Rotationskurven • Newton + zentrifugales Gleichgewicht (sph. Symm.): 2 GM R v R 2 = =ω R ⋅R 2 R R • Masse innerhalb Radius R: R M R =∫0 dr ρ r r • Beispiele 3 2 – ρ=const .⇒ M ∝ R ⇒ v ∝R , ω=const . −2 – ρ∝R ⇒ M ∝R ⇒ v=const . 1 – Punktmasse ⇒ v ∝ R (isotherm) (keplersch) Rotationskurven Rotationskurven Rotationskurven Rotationskurven gemessen Rotationskurven NGC 3198 Rotationskurven gemessen DM Halo leuchtende Materie Dunkle Materie • • • • 25% (!) der globalen Energiedichte (Baryonen ~ 4%) nur gravitative WW keine el-mag WW Was ist es? Supersymmetrie? unklar… Nobelpreis 2025? Sterne in Galaxien Bulge Spheroid NGC 3184 NGC 4552 Elliptische Galaxie Stellarer Bulge (Zentralverdickung) Sterne in Galaxien Balkenspirale (SBa, SBb, SBc, …) NGC 3945 Elliptische Galaxie Stellarer Bulge (Zentralverdickung) NGC 3351 Sterne in Galaxien Galaxienzusammenstöße/-verschmelzungen Sterne in Galaxien Irreguläre Galaxien Sterne in Galaxien Zwerggalaxien Sterne in Galaxien MW Zwerggalaxien Sterne in Galaxien Sterne in Galaxien • Stellare Massen: – MW: 8x1010 Msonne (Scheibe 6x1010, Bulge 1x1010) • MW Halo 5.5x1011 Msonne – Andromeda: etwas massereicher – Giant Elliptical (M87): 1012 Msonne – Zwerggalaxie: 107–108 Msonne – MW Zwerggalaxien: < 107 Msonne alles „Galaxien“, über 6 Größenordnungen in Masse Sterne in Galaxien • Parameter: – – – – – – – – – Morphologie (Typ) Dynamik (heiß, kalt) stellare Masse DM Masse Farbe mittleres Alter Stärke Sternentstehung Staubmenge … • > 8-dimensionaler Parameterraum? Zyklus der interstellaren Materie al n o ti M>M a t i av se: r G llap co Molecular clouds per n Stars ova e Planetary nebulae Giant molecular cloud complexes Disruption during star formation Su Merging Breakup of old shells around PN & SNR Merging & Cooling Coronal gas Cooling HII Co o lin g Supernova heating HII regions after g n i l Coo n essio r p m co Cold HI Warm HI Heating and/or cooling by conduction Galaxienkerne Schwarzes Loch in der Milchstraße: 3•106 Msun =6•1036 kg Genzel et al. 1998...2005, und andere MBH/Msun Galaxienkerne M* /Msun z=0: Häring&Rix 2004 Hubble-Sequenz Leuchtkraftfunktion Massenfunktion Farb-Helligkeits-Diagramm 20.000 Galaxien SDSS: Baldry et al. 2004 Farbe/Alter rot/ alt blau/ jung hoch Leuchtkraft/Masse niedrig Räumliche Verteilung/„Clustering“ Galaxienhaufen Abell S0740 Räumliche Verteilung/„Clustering“ Inhomogen: <Mpc Skalen Homogen: global Räumliche Verteilung/„Clustering“ DM Halos: Zentrale Galaxie und Satellitengalaxien DM Simulation Räumliche Verteilung/„Clustering“ DM Halos: Zentrale Galaxie und Satellitengalaxien Skalenrelationen LB ∝ v α max log(LeuchtkraftB) Tully-Fisher-Relation: Spiralgalaxien: Leuchtkraft ~ max. Rotationsgeschwindigkeit log(HI Linienbreite) Skalenrelationen log σ ∝ M R (ergibt sich aus Virialsatz, 2T=-U) log(sigma) Faber-Jackson-Relation: Elliptische Galaxien: Geschwindigkeitsdispersion ~ Leuchtkraft MR Skalenrelationen Fundamental-Plane: Re , σ 0 , ⟨ μ⟩e Re =effektiver Radius σ 0=zentrale Geschwindigkeitsdispersion ⟨ μ⟩ e=mittl. Flächenhelligkeit innerhalb R e log Re =0.34⟨ μ e ⟩1.4log σ econst . Skalenrelationen Fundamental-Plane Skalenrelationen Fundamental-Plane: Re , σ 0 , ⟨ μ⟩e Re =effektiver Radius σ 0=zentrale Geschwindigkeitsdispersion ⟨ μ⟩ e=mittl. Flächenhelligkeit innerhalb R e log Re =0.34⟨ μ e ⟩1.4log σ econst . Vertiefung: stellare Populationen NIR = stellare Masse Sternentstehung: fernes UV Sternentstehung: 24mu Staub Sternentstehung: CO (molekulares Gas) Sternentstehung & stellare Populationen Sternentstehung: • Indikatoren: – – – – MIR Emission (stellare Winde=geheizter Staub) UV Licht (direkte Emission) Emissionslinien (direkte Emission des ISM) junge Sterne Sternentstehung & stellare Populationen Spektralanalyse: Populationssynthese Sternentstehung & stellare Populationen Spektralanalyse: Emissionlinien, Populationssynthese Sternentstehung & stellare Populationen NGC 3184 NGC 4552 Elliptische Galaxie (E) Spiralgalaxie (S…) Sternentstehung & stellare Populationen Spiralgalaxien • Sternentstehung • alte Sterne • auch junge Sterne • blaue Farben • Staub, Gas • kinematisch kalt • flach • eher weniger dichte Umgebung • eher niedrigere Massen Elliptische Galaxien • Keine Sternentstehung • alte Sterne • keine jungen Sterne • rote Farben • wenig Staub, Gas • kinematisch heiß • rund • eher dichtere Umgebungen • eher höhere Massen • Endzustand der Galaxienentwicklung
