astronomie milchstraße

Werbung
Astronomie für Nicht-Physiker
 Vorlesungsplan














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
1
Inhalt
 Entfernungsbestimmung
“Das fundamentale Problem” in der Astronomie
 Aufbau der Milchstraße
Erscheinungsbild der Milchstraße
Bauch, Halo und Dunkle Korona
Galaktische Scheibe
 Sternpopulationen
 Interstellares Medium
 Spiralarme
 Entwicklung der Milchstraße
Materiekreislauf/Elementanreicherung
Milchstraßenmodell (aktuelle Forschung: A. Just)
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
2
Maßeinheiten
 Zeit:
1 Jahr = 1a = 1yr = 31,56 Millionen Sek.
 Länge: 1 Parsek = 1pc = 206265AE
=3,26Lj = 3,09∙1013km
 Geschwindigkeit: 1km/s = 3600km/h ≈ 1pc/Myr
 Masse:
1 Sonnenmasse = 2∙1030kg
 Astronomische Einheit ( = Basismaßstab )
 Physikalisch: A=499,004782 Lichtsekunden=149597870km
 Große Halbachse (Erdbahn): aErde=1,0000000031A

Kleine Halbachse b (Erdbahn): aErde=1,00014 bErde
 Astronomische Einheit: 1AE = 149,6 Millionen km
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
3
Die Entfernungsleiter
Stufe Bereich
Methode / Objekte
0.
1 AE
Abstand Erde-Sonne, 500 Lichtsekunden
1.
10 Lichtminuten
Lichtlaufzeit/Erddurchmesser, Abstand zu Mond, Venus, Mars
2.
5 Lichtstunden
Lichtlaufzeit, Keplergesetze, Satellitenpositionen, andere Planeten
3.
100 pc
Trigonometrische Parallaxen, Strömungsparallaxen / sonnennahe
Sterne, Hyadensternhaufen
4.
20 kpc
Rotationsdistanzen / Gas, OB-Sterne in der Milchstraße
5.
1 Mpc
Photometrie; HR-Diagramm; Hauptreihenanpassung / Sternhaufen,
Nachbargalaxien
6.
20 Mpc
Photometrie; veränderliche Sterne: Cepheiden, RR-Lyrae / lokales
Universum
7.
>1 Gpc
Galaxienhaufenleuchtkraft; Supernovaleuchtkraft; Tully-FisherRelation; Fluchtgeschwindigkeit / Rotverschiebung (Hubble-Expansion
des Weltalls / bis Rotverschiebung z>9)
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
4
Entfernungsbestimmung
 Grundsatz: Vergleich absolute – relative Größe
Trigonometrische Parallaxe
 Erdbahn – scheinbare Verschiebung am Himmel
Absoluter – scheinbarer Durchmesser
doppelte Entfernung = halber Durchmesser
Photometrisch
http://www.zum.de/Faecher/Materialien/gebhardt/astronomie/
 Entfernungsmodul: Absolute – scheinbare Helligkeit
doppelte Entfernung = ¼ Helligkeit (+1,5mag)
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
5
Veränderliche Sterne
 Wichtigste Typen
 RR Lyrae (Periode < 1 d)

Alte Metallarme Sterne
Mira
http://www.astro.uni-bonn.de/~gmaintz/

SS2013
Absolute Helligkeit
MV≈+0.5mag
Periode: 0,1
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
1
(Neuer Kosmos)
10Tage
6
Veränderliche Sterne
 Cepheiden (Periode P = 1-50 d)



Massereiche metallreiche Sterne
in später Entwicklungsphase
Charakteristische Lichtkurve
Periode-Helligkeits-Relation
http://www.astronomynotes.com/ismnotes/s5.htm
http://www.leifiphysik.de/web_ph11_g8/grundwissen/16entfernung/cepheiden.htm
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
7
Dopplereffekt
Rotverschiebung
 Dopplereffekt: Nullwellenlänge – beobachtete Wellenlänge
z=Δλ/λ=Vr/c
Kinematisch
Emissionslinien Referenz/Laborquelle
Absorptionslinien Stern
 Radialgeschwindigkeit Vr (absolut) – Eigenbewegung μ (relativ)
 Ausdehnung einer Kugel (Supernovaexplosion)
Vr[km/s]=4.47μ[''/yr]∙r[pc]
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
8
Rotationskurve
 Milchstraßenscheibe
Nur Radialgeschwindigkeit Vr verwertbar
Junge Objekte und Gas auf Kreisbahnen
Starre Rotation
 Umlaufzeit in allen Abständen gleich
 Vr konstant entlang der Sichtlinie
differentielle Rotation
 Umlaufzeiten innen kürzer
 Vr hat Maximalwert am Tangentialpunkt =
Kreisbahngeschwindigkeit am projizierten Abstand (daraus
Rotationskurve Vrot(R) )
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
9
Rotationsparallaxe
 Entfernungen in der Milchstraßenscheibe
Rotationskurve Vrot(R)
 Messung des Geschwindigkeitsdifferenz Stern-Sonne
 Maximum entlang des Sehstrahls
 Nur innerhalb Sonnenbahn verwendbar
Radialgeschwindigkeitsverteilung auf Sehstrahl Vr
 Position auf Sichtlinie zweideutig
 Entscheidung durch Durchmesser
Sonne
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
10
Milchstraße im Visuellen
 Sterne + Dunkelwolken
http://www.herzberger-teleskoptreffen.de/8-htt/nacht.php
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
11
Milchstraße im Infrarotlicht
 Scheibe
Sterne und Staubwolken (orange: unauffälliger)
Im Antizentrum perspektivisch aufgeweitet
Nahe Sterne über Himmel verteilt
 Bauch (‚bulge‘): zentrale Verdickung
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
12
Milchstraßenband
 In allen Wellenlängenbereichen
 360º Großkreis-Band am Himmel (20º breit)
 Radio
 Infrarot
 Optisch
 Röntgen
 Gammastrahlung
http://science.nasa.gov/newhome/headlines/features/ast20apr99_1.htm
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
13
Struktur der Milchstraße (MW)
Wilhelm Herschel 1785
 Milchstraße abgeflachtes, ausgefranstes System mit Sonne im
Zentrum
 Zentraler Bauch im Sternbild Schütze schon bekannt
 Andere Nebel ähnlich: auch eigene Sternsysteme
Jacobus Kapteyn um 1910
 1. internationales Programm zur Himmelsdurchmusterung
 MW abgeflachte Scheibe mit Sonne in der Mitte
Harlow Shapley 1918
 Durchmesser MW ca. 100.000 pc
 Kugelsternhaufen kugelförmig verteilt, aber Sonne nicht im
Zentrum
Robert Julius Trümpler 1929
 Extinktion durch interstellaren Staub bei Sternhaufen
 Größe der MW viel kleiner
Jan Hendrik Oort 1927
 Rotation der MW um Zentrum durch Eigenbewegungen
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
14
Galaktische Komponenten
Dünne und Dicke Scheibe
Zentraler Bauch
Sphäroidaler Halo
Dunkle Korona
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
15
Bauch (Bulge)
 Zentrale Verdickung
Hohe Sterndichte, hauptsächlich
‚Rote Riesen‘ beobachtet
Staubextinktion bis AV=30mag
http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap990911.html
Galaktisches Zentrum
Bilddurchmesser ≈6º (‘Baades Fenster’ im
Sternbild Schütze, niedrige Extinktion)
http://www.astroecke.de/classic/bulge_i.htm
Astronomie für Nicht-Physiker:
SS2013
Fendt/Fohlmeister/Just
16
Bauch
 Bulge
Metallreich (bis 3fach solar), Masse 4∙1010MSonne
Radius ≈ 1kpc (fließender Übergang zum Balken oder Halo?)
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
17
Halo
 Sphäroidaler Halo (Abplattung 4:5)
Niedrige Sterndichte; schwer identifizierbar
Feldsterne
 RR Lyrae (Rote Riesen, variabel und leuchtstark)
 Schnellläufer in Sonnenumgebung
 Metallarme Sterne (Z< 1/10ZSonne = Anteil schwere Elemente)
Kugelsternhaufen
 Ca. 150 bekannt
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
18
Kugelsternhaufen
 Eigenschaften
N=104- 106
Sehr kompakt
Alter >10Gyr
metallarm
M13 (Sternbild Herkules)
M=5,8mag, d=20', D=8kpc
SS2013
M5 (Sternbild Schlange)
M=5,6mag, d=23' , D=8kpc
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
19
Dunkle Materie
 Dunkle Korona
Material unbekannt
Verteilung aus Kinematik





Rotationskurve
Kugelsternhaufensystem
Blaue Überriesen
RR Lyrae-Sterne
Satellitengalaxien
Form, Dichte, Masse
Große Nachbargalaxie:
Andromedanebel M31, Durchmesser 2º
Dichteprofil im Zentrum flach
10% der Masse in Sonnenumgebung ist Dunkle Materie
30-50% der Masse innerhalb R=8kpc ist Dunkle Materie
Dichteabfall nach außen sehr unsicher
‚Rand‘ bei R=70…300kpc (durch Einfluss der Nachbargalaxie
Andromedanebel begrenzt)
 Gesamtmasse ≈1012MSonne, davon 40% innerhalb 60kpc





SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
20
Galaktische Scheibe
 Feldsterne
Im Raum verteilt
 Sternhaufen
 Interstellares Medium ISM
Dunkelwolken
Emissionsnebel
http://apod.nasa.gov/apod/ap051204.html (Mitte: Proxima Centauri)
http://apod.nasa.gov/apod/ap050605.html (Astronomy Picture of the Day)
Astronomie für Nicht-Physiker:
SS2013
Fendt/Fohlmeister/Just
21
Dünne Scheibe
 Hauptkomponente der Milchstraße
 Gesamtmasse Md~1011MSonne
 Massenverteilung
 Achsensymmetrische Scheibe

Radiales Dichteprofil exponentiell
•

Dichte nimmt alle 3kpc auf 1/e=37% ab
Durchmesser/Dicke 10:1 (Skalenlängen: 3kpc / 300pc)
 Gesamtmassendichte in Sonnenumgebung 0.1 MSonne/pc3

davon 40% in Sternen, 50% Gas, 10% Dunkle Materie
 Schichtdicke der Sterne steigt mit Alter ~100…1200pc
 Lokale Flächenbelegung 50MSonne/pc2
 Position der Sonne
 Abstand zum Galaktischen Zentrum 8.0 kpc
 Höhe über der Mittelebene ~20pc
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
22
Feldsterne
 Sonnenumgebung (D<25pc)
 Farben-Helligkeitsdiagramm CMD (HertzsprungRussell-Diagramm HRD)
 ~3000 Sterne
 Hauptreihe verbreitert



Unaufgelöste Doppelsterne
Altersstreuung der Sterne
Metallizitätsstreuung
 Populationsmischung in




Alter
Metallizität
Kinematik
Galaktische Komponenten
Jahreiss, ARI
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
23
Sternhaufen
 Offene Sternhaufen
100-50000 Sterne, Durchmesser ≈ 10pc
Relativ jung: 1Myr – 5Gyr (sehr selten)
M50 (Messierkatalog, 1772)
D=1kpc, Alter 80Myr
Plejaden im Sternbild Stier
N ≈ 500, D=130pc, Alter 100Myr
http://apod.nasa.gov/apod/ap970128.html
SS2013
http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap000227.html
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
24
Sternhaufen
 Hyaden (im Sternbild Stier)
Nächster Sternhaufen (Kern: 10º Durchmesser am Himmel)
N=700, D=44 pc
Alter 625 Myr
http://de.wikipedia.org/wiki/Hyaden_(Astronomie)
(hellste Mitglieder rot, andere in blau)
http://wiki.astro.com/astrowiki/de/Hyaden
Astronomie für Nicht-Physiker:
SS2013
Fendt/Fohlmeister/Just
25
Sternhaufen
 Arches und Quintuplet
Sehr junge (3Myr), massereiche (10000MSonne) Sternhaufen
in der Nähe des Galaktischen Zentrums
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
26
Sternhaufen
 Altersbestimmung
Alle Sterne in einem Haufen sind gleich alt
Abknickpunkt der Hauptreihe bestimmt Alter
Entfernung aus Helligkeit der unteren Hauptreihe
Alter/Metallhäufigkeit
 Offene Haufen
•
•
•
•
1Myr – 5Gyr
1/10 – 2x solar
Sternentstehung kontinuierlich
Metallizität steigt
 Kugelsternhaufen
• 8 - 13Gyr
• 1/300 – 1/3 solar
• Halo alt und metallarm
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
27
Interstellares Medium
 Gas (atomarer Wasserstoff HI, 21cm Radiolinie)
Gal. Breite b
Radialgeschw.
VR in km/s
Neuer Kosmos
Molekulares Gas (CO, Molekülwolken)
- Galaktische Länge-Geschwindigkeitsdiagramm
- Rotationskurve der Milchstraße + Distanzen
SS2013
http://www.cv.nrao.edu/course/astr534/HILine.html
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
28
Rotatioskurve
 Kreisbahngeschwindigkeit: Massenverteilung
 Gravitationskraft = Zentrifugalkraft



Inneres Maximum vom Bulge (Keplerabfall bei 1-2 kpc)
Maximum in Sonnenumgebung durch Scheibe
Flache Außenregion vom Halo Dunkler Materie
300km/s
250
200
Src.: Clemens 1985, ApJ.295, 428
150
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
29
Interstellares Medium
 Staubverteilung
Wärmestrahlung: fernes Infrarot
Wie atomarer Wasserstoff
http://irsa.ipac.caltech.edu/applications/DUST/
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
30
Interstellares Medium
 Verteilung des Gases in der Galaktischen Ebene
Spiralarme: 2,4-armig?
 Junge Sterne
Sternhaufen
OB-Assoziationen
 NIR
Richtung Zentrum
Asymmetrie:Balken
http://irsa.ipac.caltech.edu/applications/DUST/
O. Gerhard, W. Dehnen
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
31
Spiralarme und Balken
 2- oder 4-armige Spiralgalaxie
 Balken 20-40º gegen Sichtlinie gedreht
Quelle: Skript von H. Beuther (MPIA) WS09/10
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
32
Interstellares Medium
 Dunkelwolken
Barnard 68 (im südlichen Schlangenträger)
Im Infraroten durchsichtig
½Lj Durchmesser , 500 Lj Entfernung
Sternentstehung demnächst
http://apod.nasa.gov/apod/ap060409.html
Astronomie für Nicht-Physiker:
SS2013
Fendt/Fohlmeister/Just
im Infrarotlicht
33
Sternentstehungsgebiete
 Orionnebel
Trapezhaufen
O,B-Sterne (OB-Assoziation)
Ionisation: HII-Region
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
34
Sternentstehungsgebiete
 Orionnebel
Reflexionsnebel blau
HII-Regionen: rot
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
35
Elementsynthese
Im Urknall werden folgende Elemente erzeugt
 Wasserstoff H, Deuterium D=2H (AtomzahlElement)
 Helium 3He, 4He
 Lithium 7Li erzeugt
 Keine schwereren Elemente, weil Bor 8B und 9B instabil
Schwere Elemente nur in Sternen
 Kernfusion
auf der Hauptreihe
Schalenbrennen in Roten Riesen
Supernovaexplosionen
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
36
Schwere Elemente
 Nukleosynthese
 Energieerzeugung durch Kernfusion in Sternen
 Helium aus Wasserstoff
 Massearme Hauptreihensterne: pp-Kette
 Massereiche Hauptreihe: CNO-Zyklus
• C,N,O als Katalysatoren
 Alpha-Elemente
 Wasserstoff im Zentrum aufgebraucht: Heliumfusion und später
Schalenbrennen
•
•
•
•
•
Anlagerung von Heliumkernen (=Alphakern)
Jeweils + 2Protonen und 2 Neutronen
bis 24Mg, 28Si, 14N, 18F, 18O,22Ne
N aus CNO-Zyklus
Elemente dazwischen als
Abfallprodukte
 Ende bei Eisen 56Fe
 Niedrigste Energie
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
37
Schwere Elemente
 Elemente schwerer als Eisen
 Energiezufuhr notwendig
 Neutroneneinfang + radioaktiver Zerfall
 3 Prozesse, die charakteristische
Elementverhältnisse erzeugen
 Rote Riesen
 s-Prozess (slow: Einfang langsamer Neutronen)
• Kobald, Nickel, Kupfer, ...
 Explosive Umgebung (Supernovaexplosionen)
 r-Prozess (rapid: Einfang schneller Neutronen)
• Platin, Gold, ...
• Erzeugt 50% der schweren Elemente
 p-Prozess (Einfang von Protonen: hohe Energie notwendig wegen
Abstoßung durch positive Ladung)
 Sterne schwerer als 8 Sonnenmassen explodieren am Ende als
Supernova (Typ 2)
• Der meiste Sauerstoff, ein Drittel des Eisens
 Massearme Sterne in Doppelsternsystemen: Supernova 1a
SS2013
• Kaum Sauerstoff, viel Eisen
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
38
Anreicherung der Elemente
 Lebenszyklus der Sternpopulationen
Aus Gas entstehen Sterne mit gleicher
Elementzusammensetzung
Entwickelte Sterne geben schwere Elemente an ISM ab
Nächste Sterngeneration hat höheren Anteil an schweren
Elementen
 Sternentstehungsgenerationen
Population III: nur H,He
 Bisher nicht beobachtet: bei Rotverschiebung z=10 erwartet
 Masse = 100 – 200 Sonnenmassen, sehr kurze Lebensdauer
Population II:
 Masse schwerer Elemente im Promillebereich oder weniger
 Kugelsternhaufen, Halosterne, Zwerggalaxien
Population I:
 Wie Sonne: ca. 2% schwere Elemente
 Junge Sterne, Großteil der Scheibensterne, offene Sternhaufen
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
39
Lokales Scheibenmodell (A. Just)
 Vertikale Struktur der Scheibe
 Jede Sternpopulation ist im dynamischen Gleichgewicht
 Vertikale Dynamik (Schwingungen) unabhängig von der Rotation in
der Scheibe
 Dichteverteilung ↔ Geschwindigkeitsverteilung
 Gravitationsfeld
 Scheibensterne
 Gas ISM
 Dunkle Materie
 Dynamische Entwicklung
 Geschwindigkeitsstreuung wächst
 Sternentwicklung
 Obere Hauptreihe im Mittel jünger
 Dichteprofile
 Alte Populationen haben größere Skalenhöhe
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
Andere Spiralgalaxie
von der Kante gesehen:
NGC 891: J,H,K (nahes
Infrarot, 2MASS)
40
Sonnenumgebung
 Sternentstehungsgeschichte SFR
Anteil alter/junger Sterne umstritten
Hernandez et al. 2000
 Hipparcosdaten
Rocha-Pinto et al. 2000:
 Atmosphärenaktivität
Cignoni et al. 2006:
 Keine Skalenhöhenkorrektur
Aumer & Binney 2009
 SFR~exp(-t/8.5Gyr)
Problem: Alter von
Hauptreihensternen
schwer bestimmbar
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
41
Analytisches JJ-Modell
 Just & Jahreiß, MNRAS 402, 461 (2010)
Modellierung der vertikalen Struktur in der Sonnenumgebung
 Annahmen
SFR(t) + σW(Alter) + [Fe/H](t)
 Beobachtungen
Geschwindigkeitsverteilungen f(|W|) der Hauptreihensterne
 Timing durch Hauptreihenlebensdauer
Metallizitätsverteilung (Eisen) der G-Sterne (GCS Survey)
 Ergebnisse
vertikale Dichteprofile: ρ(z,Alter)
Altersverteilungen
[Fe/H]-Verteilungen
Kinematik ober/unterhalb der Mittelebene
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
42
Sternentwicklung (Hauptreihe)
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
43
Geschwindigkeitsverteillungen
Relativer Anteil der vertikalen Geschwindigkeit
fMS(|W|)
 MV<0.5
 MV =
1,2,…,6,8
 McCormick
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
44
Methode
 Für ein Paar SFR(t) + σW(Alter)
Berechnung der vertikalen Profile und der Altersverteilung
Lokale Geschwindigkeitsverteilungen fMS(W) für jedes MV
Vergleich mit den beobachteten Verteilungen
 Anpassen der Funktionen SFR(t) + σW(Alter)
Iteration bis beste Lösung gefunden
 Berechnung der Eisenhäufigkeiten
Anpassen der Anreicherungsgeschichte
Resultat:
4 typische Modelle A, B, C, D mit
sehr unterschiedlichen
Sternentstehungsgeschichten (SFR)
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
45
Eingabefunktionen
Modelle A-D
 SFR(t)
 σW(Alter)
Ergebnis: Dynamische
Heizung gut bestimmt, aber
Sternentstehungsgeschichte
nicht
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
46
Vertikale Dichteprofile
Modell A
 gesamt, Gas, DM, dünne Scheibe, dicke Scheibe
z=0
SS2013
0,5
1kpc
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
1,5
47
Vorhersagen
 Dichteprofile
 normierte Profile unterschiedlicher Lebensdauer (Farbe)
 Modell A-D unterschiedlich ρ(z)/sech²(z/2z0)
MV=7,8,9 mag
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
48
Modell: Sternzählungen
 Sloan Digital Sky Survey (SDSS)
~10 000 deg² = ¼ des gesamten Himmels
100 Millionen Sterne der Milchstraße in 5 Farbfiltern
Farbenhelligkeitsdiagramm FHD
≈ 300 000 Sterne mit b>80º
Ohne Entfernungen
Hertzsprung-Russell-Diagramm HRD
≈ 3 000 Sterne mit D<25pc
Mit Entfernungen
zu hell
15<
mg
<21
zu schwach
-0.2<g-r<1.6
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
49
Hess-Diagramme
Beitrag der Komponenten (Modell A)
 Scheinbare Helligkeit von Entfernung abhängig
Dünne Scheibe, dicke Scheibe, Halosterne
g (mag)
g-r (mag)
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
50
Sternzählungen
 Sternzählungen senkrecht zur Scheibe
Galaktischer Nordpol (NGP: b>80°, 313 deg²)
 Hess-Diagramme
Anzahldichte im Faben-Helligkeits-Diagramm N(g-r,g)
N=276.180
Farbkodierung:
logarithmisch: N/deg²/
1mag(g)/0.1mag(g-r);
<1 (schwarz) – 100 (rot)
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
51
Lokale Normierung: Sonnenumgebung
Helligkeiten der Hauptreihe
 Dünne Scheibe, dicke Scheibe, stellarer Halo
 Fit der Sternzahlen innerhalb 25pc N25(g-r)
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
52
Scheibenmodell
 Just et al. 2010, 2011
Dünne Scheibe: Sternentstehungsgeschichte und Dynamik
+Dicke Scheibe + Stellarer Halo
100
1
Dünne Scheibe
Modell
SS2013
Dicke Scheibe
SDSS Daten
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
Halo
+20%
Relativer Unterschied
53
-20%
χ2-Fit
SDSS Daten
Modell
Hess
distr.
:
diff=(Daten-Modell)/Modell:
<-0.2 (schwarz) … +0.2 (rot)
-10% … 0 … +10%
diff
chi2
A
Modell A passt am
besten:
Mittlere Abweichung
= 5.6%
B
C
D
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
54
Lokale Normierung
 Test: stimmt N25(g-r)
Beitrag der 3 Komponenten: dünne, dicke Scheibe, Halo
(g-r) mag
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
55
Sonnenumgebung
 Sternentstehungsgeschichte SFR
Anteil alter/junger Sterne umstritten
Hernandez et al. 2000
 Hipparcosdaten
Rocha-Pinto et al. 2000:
 Atmosphärenaktivität
Cignoni et al. 2006:
 Keine Skalenhöhenkorrektur
Neue SFR(t)
Just et al. 2011:
SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker:
Fendt/Fohlmeister/Just
56
Astronomie für Nicht-Physiker
 Vorlesungsplan














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
57
Herunterladen