Transcript Forelæsning nr. 1

Galakser 2014 F1
1
Praktiske oplysninger
• Forelæser
• Hans Kjeldsen, [email protected], 1520-527
• Instruktor
• Magnus Johan Aarslev, [email protected], 1520, 4th floor
• Bog
• Extragalactic Astronomy and Cosmology, Schneider
• Afleveringer
• Ingen
2
Kursuskalender
• Forelæsninger
• 4 timer per uge (tirsdag kl. 9.15, iNANO auditorium (1593-012A) +
torsdag kl. 9.15, Auditorium D4 (1531-219))
• Teoretiske øvelser
• 3 timer per uge (torsdag kl. 11.15, Kollokvium G3 (1532-218) )
• Kvarter
• torsdag 30. oktober- tirsdag 16. december
• Eksamen
• formentlig i begyndelsen af 2015
• Re-eksamen
• August 2015
3
Praktiske oplysninger
• Indhold
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Mælkevejens struktur
Mælkevejens kinematik og mørkt stof
Eftersøgning af mørke kompakte objekter
Sorte huller i galaksecentre
Elliptiske galakser
Spiralgalakser og mørkt stof
Galakser som gravitationslinser
Aktive galakser
Galakser i hobe og grupper
Røntgenstråling fra galaksehobe
Galaksehobe som gravitationslinser
Dannelse af galakser og galaksehobe
4
Praktiske oplysninger
Læringsmål
Når kurset er færdigt forventes den studerende at kunne:
• formidle og strukturere en mundtlig præsentation af udvalgte faglige
emner, som er gennemgået i kurset, med udgangspunkt i de figurer og
diagrammer som er blevet præsenteret i kurset.
• benytte fysisk terminologi og anvende matematiske beskrivelser til at
angive de specifikke egenskaber ved galakser og galaksehobe.
• anvende fænomenologiske og dynamiske modeller til kvalitativt og
kvantitativt at forklare galaksernes og galaksehobenes observerbare
egenskaber.
• diskutere de resultater, som er opnået ved studiet af fotometriske,
kinematiske og dynamiske forhold for galakser og galaksehobe.
• diskutere de anvendte modellers begrænsninger.
5
Praktiske oplysninger
• Struktur
Klassiske forelæsninger, TØ, matrix-holdundervisning
• Bedømmelse
Mundtlig eksamen med alle sædvanlige hjælpemidler til forberedelsen (25
min. eksamination og 30 min. forberedelse). Bedømmes efter 7trinsskalaen. Ekstern censur.
• ECTS
5
• Kursushjemmeside
http://astro.phys.au.dk/~hans/galakser
6
Galakser
Galakser
Mælkevejen er en blandt
mange galakser mest i 3 slags
- Spiralgalakser (75%)
- Tynd skive med de
fleste stjerner
- Elliptiske galakser (20%)
- Sfærisk (elliptisk)
symmetrisk fordeling
- Irregulære galakser (5%)
- Alle de andre
8
Galakser
Galaksernes eksistens blev
allerede forudsagt af
Immanuel Kant og Thomas
Wright midt i 1700-tallet på
baggrund af Mælkevejens
tydelige bånd.
9
Galakser
Først i 1900-tallet blev det
bekræftet, at der eksisterer
objekter udenfor Mælkevejen, og at afstandene
mellem dem er større end
Mælkevejens diameter.
10
Galakser
Det har givet anledning til
mange åbne spørgsmål:
• Hvad er der mellem
galakserne?
• Findes der andre store
ting end galakser?
• Hvor stort er universet?
• Hvordan blev galakserne
dannet?
• Ændrer galakserne sig
over tid?
• Er der mørkt stof i
galakser?
11
Galakser
Stjernerne i Mælkevejen har
meget forskellige aldre (0-13
mia. år) – vi ser forskellige
faser af stjerneudvikling.
I løbet af det 20. århundrede
har teknologien gjort det
nemmere.
12
Galakser
Nævneværdige opdagelser
• Quasarer
• Gamma-ray bursts
• Supermassivt sort hul i
centrum af MV
• Galaksehobe + superhobe
• Mørkt stof + mørk energi
• Bekræftelse af Big Bang
modellen
13
Mælkevejen
Vi kan studere MV i detalje
• Individuelle stjerner kan
ses og analyseres
• Det interstellare stof kan
ses og analyseres
• Extinktion kan analyseres
• Lokale bevægelser af
stjerner og skyer kan ses
• Egenskaber ved satellitgalakser kan studeres
• Centrum af MV kan
studeres præcist
14
Mælkevejen
En tynd skive af stjerner og gas
(R = 20 𝑘𝑝𝑐, ℎ𝑧 = 300 𝑝𝑐)
samt en tyk skive med en anden
population af stjerner.
Spiralarme med mange
nydannede lysende
(blå) stjerner.
En central bule med
relativt gamle (røde)
stjerner.
En sfærisk halo med
gamle stjerner og
kugleformede
stjernehobe. 15
Mælkevejen
Skiven roterer hvorved vi
kan estimere massen.
𝑉0 =
𝐺𝑀(𝑅0 )
𝑅0
Det indikerer at noget af
massen udgøres af mørkt
stof.
16
Mælkevejen
Stjernerne i de forskellige dele af
MV har vidt forskellige egenskaber. Det fortæller noget om
udviklingen.
SPRM: Hvordan bestemmes en
stjernes alder?
Galaksen ændrer sig stadig; kold
gas falder ned i skiven, mens
varm gas bevæger sig ud.
Desuden er en lille
satellitgalakse ved at blive ædt.
17
Mælkevejen
Skiven er uigennemtrængelig for synligt lys. Området omkring
centrum studeres i IR eller radio, hvor der findes rigtig gode
observationer. Det viser eksistensen af et supermassivt sort hul.
18
Mælkevejen
Man har fundet en del
store stjerner i baner om
det supermassive sorte
hul.
Så sent som 5/10-2012
fandt forskere stjernen
S0-102 med den hidtil
kortest kendte periode på
11,5 år.
Banerne afslører en
masse på ca. 4 mio.
solmasser.
19
Andre galakser
”Late types”
Resten
”Early
types”
af MV––(spiralmønster,
aktiv
ingenstjernedannelse,
stjernedannelse,
baren, etc.)
Mørkt
Mørkt
er Stof,
lidt
Stof,
svær
SMBH
SMBH
at (bule)
se fra
vores position, så vi kigger på andre galakser.
20
Andre galaksetyper
Aktive galakser
• Stærke emissionslinjer
• Kraftig Dopplerforbredning
• Punktkilde i midten hvor al
stråling kommer fra…
• Findes ved høj rødforskydning
”Starburst” galakser
• Usædvanlig aktiv
stjernedannelse
• Stjernerne dannes i et lille
område nær centrum
• Skyldes formentlig mergers
21
Voids og galaksehobe
Galakser er ikke tilfældigt fordelt i Universet.
De føler tyngdekraften og klumper sig sammen
Diametre af hobe/voids er op til 50 Mpc
22
Galaksehobe
Er gravitationelt bundne systemer
med >100 galakser inden for ca. 2
Mpc. De indeholder flest elliptiske
galakser uden stjernedannelse.
Den nærmeste er Virgohoben
(D=18 Mpc), som er en irregulær
hob.
Den nærmeste regulære hob er
Comahoben (D=90 Mpc) med ca.
1000 galakser (85% elliptiske).
23
Galaksehobe
I 1933 målte Fritz Zwicky radialhastigheder af galakser i Comahoben.
Han ”målte” ligeledes den totale
masse ved hjælp af den totale
luminositet og masse-lysstyrke
forholdet.
Konklusionen: Galakserne
bevæger sig for hurtigt til at
hoben er stabil.
Løsning: Mørkt stof
24
Galaksehobe
Hobe er kilder til kraftig
Röntgenstråling med T≈107-108 K.
Temperaturen bekræfter
eksistensen af mørkt stof.
SPRM: Hvorfor?
Eksistensen støttes op af
gravitationel linseeffekt, da lysets
afbøjningsvinkel afhænger af
linsens masse.
25
Galaksehobe
Galaksehobe er forholdsvis unge
strukturer. Det er helt modsat
galakser (Solen roterer fx om GC i
løbet af 200 mio. år).
Nogen hobe er meget små og
klassificeres som grupper. Det
gælder fx Den Lokale Gruppe,
hvor alle galakserne i fremtiden
vil merge.
26
Universet udvider sig
Radialhastigheden af galakser er positiv for næsten alle galakser.
Dvs. de bevæger sig væk, og vi konkluderer, at Universet udvider
sig.
27
sec
Hubbles Lov:
v = H0 d
(1929)
Resumé
Der findes overordnet tre
typer galakser: Spiraler,
elliptiske og irregulære
For viden om
galakseudvikling kigger vi
primært på Mælkevejen
For viden om
galaksedannelse kigger vi
primært på andre galakser
Galakser samler sig i hobe
Størstedelen af masserne af
galakser og hobe udgøres af
mørkt stof
Universet startede med Big
Bang, hvorefter det har
udvidet sig siden. Udvidelsen
har ikke været monoton og
er i dag accelererende.
29
Extragalaktiske objekter som
quasarer, galaksehobe og
individuelle galakser findes
ved meget store afstande.
Det gør dem svære at se og
opløse.
Fra Jorden kan vi kun se tre
extragalaktiske kilder –
Andromeda samt de
Magellanske skyer.
Derfor behøver vi teleskoper
med store aperturer.