Mælkevejens kinematik. MV er ikke massiv, så der vil være differentiel rotation. Rotationen er med uret set ovenfra.

Transkript

1 Galakser 2014 F4 1

2 Mælkevejens kinematik MV er ikke massiv, så der vil være differentiel rotation. Rotationen er med uret set ovenfra. 2

3 Mælkevejens rotationskurve for R<R 0 Man kan ligeledes anvende tangentpunktmetoden for 12 CO-emission. Vi kan tydeligt aflæse den maksimale rotationshastighed for hver værdi af l. Figuren dækker området mellem -2⁰ < b < 2⁰. 3

4 Mælkevejens rotationskurve for R>R 0 Rotationskurven aftager ikke udad for R>R 0, som vi ellers forventer fra fordelingen af gas og stjerner (husk de aftager eksponentielt). For at holde V(R) konstant må vi have M R. Der er altså mørkt stof i MV!

5

6 I dag Hvordan fungerer gravitationel afbøjning af lys? Hvordan kan vi bruge det til at sige noget om Mælkevejens indhold af mørke kompakter objekter (MACHOer)? Er MACHOer en kandidat til mørkt stof? 6

7 Linsegeometri Lys fra en kilde i afstand D s fra observatøren passerer en masse (linse) i afstand ξ. Linsen befinder sig i afstanden D d fra observatøren. 7

8 Linsegeometri Einstein radius θ E = 4GM c 2 D ds D s D d 8

9 Forstørrelse Lysstråler afbøjes ikke kun enkeltvist men oplever også differentiel afbøjning. Den del af et strålingsbundt, som er tættest på linsen, vil opleve en større afbøjning end resten. Ved differentiel afbøjning ændres rumvinklen (ω=ω) af kilden på himlen. 9

10

11

12

13 u 2 2 A u u 2 4 u S E

14

15 Microlensing Der er en usynlig halo af mørkt stof måske bestående af MACHOs: Objekter på størrelse med Jupiter Brune dværge Sorte huller De kan detekteres med microlensing. 15

16 Microlensing Betragt en stjerne i LMC. Hvis en MACHO kommer tæt på synslinjen til stjernen, vil MACHOen virke som en gravitationslinse. Den samlede lysstyrke af stjernens to billeder vil gradvist øges og derefter falde igen, mens MACHOen bevæger sig forbi. 16

17 Microlensing MACHOen kan detekteres fra ændringen i lysstyrke, selvom den angulære afbøjning af lys er mindre end opløsningen af et typisk teleskop! De udgør ikke (alt) mørkt stof! 17

18

19 Caustic Curve

20 Negative Positive

21

22 Resumé Gravitationel linseeffekt betyder at lysets vej fra en kilde til os omkring en linse bliver splittet i to billeder. Hvis kilden er direkte bag linsen, ser vi en Einstein-ring. Linseeffekten kan virke forstørrende, hvilket vi kan bruge til at lede efter MACHOer i Mælkevejens halo. Det tyder ikke på MACHOer udgør det mørke stof. 22

23 I dag: anden time Hvordan lokaliserer vi det galaktiske centrum (GC)? Hvilke komponenter finder vi i GC? Hvad indikerer, at der skulle ligge i supermassivt sort hul i GC? Hvordan ved vi det er et supermassivt sort hul og ikke noget andet tungt? 23

24 Det galaktiske center (GC) Vi studerer GC fordi vi kan GC kan ikke observeres i det optiske område pga. extinktion. Derfor observerer vi i IR, radio, Röntgen og gamma. 24

25 Det galaktiske center (GC) At finde det faktiske massemidtpunkt er ikke let. Kigger vi fx i radio ser vi en kompleks struktur med mange elementer: En central skive af HI ved 100 pc < R < 1 kpc, som kan bruges til masseestimat. 25

26 Det galaktiske center (GC) Radiofilamenter vinkelret på den galaktiske plan Mange supernovarester Omkring M SOL atomar hydrogen Områder med lavere extinktion fx Baades vindue Kugleformede stjernehobe Gaståger 26

27 Det galaktiske center (GC) De inderste 8 pc indeholder radiokilden Sgr A, som igen består af flere komponenter En doughnut-struktur af molekylær gas i rotation ved 2 pc < R < 8 pc. Skyldes måske en energirig begivenhed i fortiden. 27

28 Det galaktiske center (GC) Sgr A East, som nok er en ikke-termisk kilde til synkrotronstråling. (SN-rest?) Sgr A West, som består af HII og er en kilde til termisk stråling. Spiralstruktur. Sgr A*, som er en kraftig radiokilde nær centrum af Sgr A West. Størrelsen er ca. 3 AU og L rad ~ erg/s. Formentlig centrum af MV 28

29 Det centrale stjernehob Udenpå Sgr A* findes en kompakt stjernehob med stjernetæthed n r -1.8 mellem 0.1 pc < r < 1 pc. Sammenstød sker ofte (~10 6 år), så hastighedsfordelingen er termaliseret (=MBfordeling med konst σ). En sådan isoterm fordeling opfylder n r -2, så det er konsistent. 29

30 Det centrale stjernehob σ vokser kraftigt indad, så det gravitationelle potential skyldes ikke kun stjernerne, men en stor massekoncentration i centrum (virialsætningen). 30

31 Det centrale stjernehob Stjernerne i stjernehoben tæt på GC er typisk B- stjerner på hovedserien. Deres korte levetid (~10 8 år) indikerer, at de er dannet her!? Stærke tidevandskræfter fra det sorte hul i GC samt det kraftige magnetfelt i området modvirker almindelig stjernedannelse, så det er lidt underligt. Andromeda, nasa.org 31

32 Det centrale sorte hul Enkelte stjerner i hoben bevæger med sig op til v~5000 km/s! Stjernernes bevægelser indikerer en punktmasse i centrum. 32

33 Det centrale sorte hul Hvorfor et sort hul? Mange sorte huller i andre galakser Eneste kendte kilde til ekstreme energier i aktive galaksekerner Passer ikke med en udstrakt massefordeling, som ville være meget stejl En ultratæt hob ville opløses pga. kollisioner 33

34 Det centrale sorte hul Det sorte hul dikterer bevægelsen af stjerner og gas inden for ca. R < 2 pc. Udenfor det har det stort set ingen betydning. 34

35 Det centrale sorte hul Röntgenflares fra Sgr A* af et par timers varighed, men med en tidskala for variationer på få minutter, indikerer en meget lille kilde i udstrækning - < cm. 35

36 Det centrale sorte hul Pga. Sgr A* s manglende egenbevægelse (<20km/s) må radiokilden være tung, da den ellers ville være udsat for tiltrækningskræfter fra de kredsende stjerner. 36

37 Det centrale sorte hul Man har fundet hypervelocity-stjerner langt fra GC, som er O- eller B-stjerner med hastighed op til 1000 km/s. Det er højere end v und for MV, så stjernerne er ikke bundne. De må have været accelereret for nylig! 37

38 Resumé Mælkevejens centrum har en kompleks struktur, som bedst observeres i IR, radio og Röntgen. Der findes bl.a. en central stjernehob med en kraftig radiokilde i centrum. Massen af det sorte hul estimeres til 3-4 mio. solmasser. Mange forskellige observationer bakker op om hypotesen om det centrale sorte hul. Stjerner omkring centrum indikerer eksistensen af et supermassivt sort hul. 38