Die Milchstraße / Spezielle Relativitätstheorie
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Einführung in die Astronomie und Astrophysik II Teil 7 Jochen Liske Hamburger Sternwarte [email protected] Quiz: Wo und was in aller Welt ist das? Quiz: Wo und was in aller Welt ist das? Verona Rupes auf dem Uranus-Mond Miranda 5 – 10 km hohe Klippe höchste im Sonnensystem? Aufnahme von Voyager 2 aus dem Jahr 1986 Themen Sternentstehung Sternentwicklung Das Interstellare Medium Die Milchstraße Spezielle Relativitätstheorie Allgemeine Relativitätstheorie Kosmologie Strukturentstehung Galaxien Galaxienhaufen Intergalaktische Materie Kosmologie Struktur der Milchstraße Galaktisches Zentrum Nicht sichtbar im Optischen, ~25 mag Extinktion Beobachtungen zeigen sehr komplexe Radioquellen Zentrum = Sgr A Struktur der Milchstraße Galaktisches Zentrum Nicht sichtbar im Optischen, ~25 mag Extinktion Beobachtungen zeigen sehr komplexe Radioquellen Zentrum = Sgr A Aber: Sgr A = 3 Quellen Chandra Das zentrale Schwarze Loch IR-Langzeitbeobachtungen (> 20 Jahre) Orbits von ~50 Sternen Gillessen et al. (2009) Das zentrale Schwarze Loch Massenverteilung um Sgr A* Masse konvergiert bei r < 1 pc Massives zentrales Objekt MPE Das zentrale Schwarze Loch Aus Sternbewegungen: MZentralobjekt 4 x 106 Mʘ In Volumen mit D < 120 AU Supermassives Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxis RS = 2 GM/c2 = 0.08 AU Rʘ 8 kpc MPE Astronomische Nachricht der Woche Astronomische Nachricht der Woche Astronomische Nachricht der Woche Das zentrale Schwarze Loch G2: “Blob”, der Annäherung an Sgr A* überlebt hat Gaswolke? Binärstern in staubiger Hülle? MPE Astronomische Nachricht der Woche II MAGIC Das zentrale Schwarze Loch Kurzfristiges Aufleuchten hot spots auf der Akkretionsscheibe Materie auf dem Weg in das Schwarze Loch Eckart et al. (2006) Event Horizon Telescope Very Long Baseline Interferometry (VLBI) bei 0.87 – 1.3 mm Erwartete Auflösung: 15 as Direkte Abbildung des Ereignishorizonts des zentralen Schwarzen Lochs „No hair“ Theorem Physics of BH accretion Jets Integration von ALMA, Bau des GLT Physics World D. Psaltis and A. Broderick Struktur der Milchstraße Struktur der Milchstraße Stellarer Halo Lose Ansammlung von alten, leuchtschwachen Sternen Sternhaufen zur Untersuchung notwendig (meist Kugelsternhaufen) Annähernd sphärische Verteilung Radiale Dichteverteilung: r−3 Ausdehnung: RHalo 25 kpc (aber z.B. NGC 2419: D 84 kpc, Palomar 4: D 110 kpc) Gesamtmasse Halosterne: MHalo 109 Mʘ (~1% der Gesamtmasse aller Sterne) Halosterne nehmen nicht an der globalen Rotationsbewegung der Milchstraßenscheibe teil Dynamisch “heiß” Struktur der Milchstraße Dunkle Materie Halo Aus Sterndynamik (Rotationskurve und Schnellläufer) und Leuchtkraft- & Massefunktionen der Sterne: fehlende leuchtende Materie Annahme: Dunkle Materie • Nur gravitative Wirkung • Mögliche Kandidaten: WIMPs (weakly interacting massive particles) • Direkte Suche mit DM-Detektoren • Auch mit Teilchenbeschleunigern • Indirekte Suche (, CR) • Bisher kein (in)direkter Nachweis Dichteverteilung im Außenbereich: ρ(r) ∝ r−2 MDM ~1012 Mʘ ~10 M* Dunkle Materie Halo Parametrisierung der DM Dichteverteilung: Navarro-Frenk-White (NFW)-Profil • ρ(r) ∝ (r/Rs)−1 (1 + r/Rs)−2 • Skalierungsradius: Rs 40 kpc für Milchstraße Einasto-Profil • ρ(r) ∝ exp(−A rα) Profil + Geschwindigkeitsdispersion von Halosternen Typische Gesamtmasse der Galaxis: 1012 Mʘ Sternhaufen und -ströme Sterne sind nicht gleichmäßig in der Milchstraße verteilt Strukturen auf kleinen Skalen Sternhaufen • Offene Haufen • Assoziationen • Kugelsternhaufen Sternströme Sternhaufen Assoziationen Lose, nicht gebundene Gruppen von Sternen gemeinsamen Ursprungs OB-Assoziationen • 10 − 100 junge, massereiche Sterne (O- und B-Sterne) • + 102–3 Sterne mittlerer bis kleiner Masse T-Assoziationen • Bis zu 1000 T-Tauri Sternen (Vorhauptreihensterne) Ausdehnung: 10 − 200 pc Lebensdauer 106−7 yr ~70 in der Milchstraße bekannt Sternhaufen Offene Sternhaufen Meist asymmetrische Sternverteilung, leicht zum Zentrum konzentriert 10 bis einige 1000 Sterne Durchmesser: 1 − 20 pc Mittlere Sterndichte: 0.3 − 6 Sterne/pc3 3 − 50-fache der mittleren Sterndichte in Sonnenumgebung Vorkommen konzentriert sich in der Scheibenebene “Galaktische Haufen“ Geschätzte Gesamtzahl in der MW: 104 Davon beobachtet: ~1000 Verschiedene Alter bis zu 109 yr Entstehung aus Molekülwolkenkomplexen Zerstörung durch Gezeitenkräfte Übergang der Sterne ins Feld Entstehen alle Sterne in Haufen? Sternhaufen Kugelsternhaufen Sphärische Sternverteilung, stark zum Zentrum konzentriert ~104−7 Sterne Durchmesser 20 pc Sterndichte 10 − 1000 Sterne/pc3 100 − 104-fache der mittleren Sterndichte in Sonnenumgebung Im Zentrum: mittlerer Abstand zwischen Sternen AU Vorkommen nur im Halo, elliptische Orbits Geschätzte Gesamtzahl in der MW: ~200 Davon beobachtet: ~150 Alle sehr alt: t > 1010 yr Älteste Objekte der Milchstraße Entstehung weitgehend ungeklärt Kugelsternhaufen Meist im Gleichgewichtszustand Relaxationszeit: Mit M* = 1 Mʘ, σ = 5 km/s, n* = 10 pc−3: Δtrelax 4 Gyr tGC > Δtrelax Eigenständige Systeme Sternströme Ehemalige Kugelsternhaufen und Zwerggalaxien, die durch die Gezeitenkräfte der Milchstraße zerstört wurden Sternströme Sternhaufen Sternpopulationen Die Sterne der Milchstraße lassen sich anhand ihres Alters und ihrer Metallizität in 2 Populationen unterteilen Metallizität: relative Elementhäufigkeit zu Wasserstoff im Vergleich zur Sonnenhäufigkeit [X/H] = 0 : solare Metallizität [X/H] < 0 : metall-arm [X/H] > 0 : metall-reich Typische Werte: [Fe/H] = − 5.5 ... − 4.5: metallarme Sterne [Fe/H] = + 1: metallreiche Sterne Sternpopulationen Metallreiche Sterne sind jung, metallarme Sterne alt 2 Populationen: Population I: metallreiche, jüngere Sterne Population II: metallarme, alte Sterne (Population III: ersten Sterne im Universum [nur H und He]) Korelation zwischen Alter und Metallizität macht Sinn: Metalle werden in Sternen erzeugt Materiekreislauf sorgt für zunehmende Metallizität Beobachtung: Scheibe: Pop I Halo: Pop II (Bulge: alte, metallreiche Sterne) Verschiedene strukturelle Komponenten werden durch verschiedene Sternpopulationen bevölkert Entstehungsgeschichte? Themen Sternentstehung Sternentwicklung Das Interstellare Medium Die Milchstraße Spezielle Relativitätstheorie Allgemeine Relativitätstheorie Kosmologie Strukturentstehung Galaxien Galaxienhaufen Intergalaktische Materie Kosmologie
