Galakser 2014 F1 1
Praktiske oplysninger Forelæser Hans Kjeldsen, hans@phys.au.dk, 1520-527 Instruktor Magnus Johan Aarslev, maj@phys.au.dk, 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 7- trinsskalaen. 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, h z = 300 pc) samt en tyk skive med en anden population af stjerner. En central bule med relativt gamle (røde) stjerner. Spiralarme med mange nydannede lysende (blå) stjerner. En sfærisk halo med gamle stjerner og kugleformede stjernehobe. 15
Mælkevejen Skiven roterer hvorved vi kan estimere massen. V 0 = GM(R 0) R 0 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 Resten Early Late types af MV (spiralmønster, aktiv ingen stjernedannelse, baren, etc.) Mørkt er Stof, lidt svær 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 10 7-10 8 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 = H 0 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.