Świat galaktyk

Świat galaktykBożena Czerny

Przwodnik autostopowicza po galaktykach!

IES

Nocne niebo widziane gołym okiem

Nocne niebo widziane gołym okiem

Nocne niebo widziane przez bardzo duży teleskop: ultra-

głęboki obraz z HST

Nocne niebo – maleńki fragment poprzedniego obrazu

Czym są galaktyki?Składniki:

Gwiazdy: gwiazdy ciągu głównego, olbrzymy, nadolbrzymy, gwiazdy na gałęzi horyzontalnej. Mniej masywne gwiazdy ciągu głównego i białe karły są niewidoczne. Gwiazdy czasami widać nie bezpośrednio, a dzięki jonizacji przez ich promieniowanie otaczającego gazu (mgławice planetarne, obłoki HII)

Gaz: obserwowany w formie zjonizowanej (obłoki HII, pozostałości po supernowych, okolice aktywnego jądra galaktyki), neutralnej i molekularnej (HI, CO i inne molekuły), oraz w formie bardzo gorącej plazmy (efekt absorpcji przez wysoko zjonizowane pierwiastki, efekt emisji w formie promieniowania hamowania).

Pył: obserwowany albo dzięki efektowi absorpcji promieniowania nadfioletowego lub optycznego, albo dzięki obserwacji reemisji tego promieniowania w zakresie of dalekiej podczerwieni do zakresu mm.

Parametry: typowy rozmiar – kilkadziesiąt kpc (tysięcy lat świetlnych), typowe masy – milardy mas Słońca, typowe odległości od nas – miliony do kilku miliardów lat świetlnych

Nasza wiedza na ten temat liczy sobie niecałe sto lat!

Początek XX wieku:•Problem skali odległości

•Rozmiar naszej Galaktyki

•Natura mgławic spiralnych

M1 - Krab

NGC 2997

Klucz do rozwiązania: związek jasność – okres dla Cefeid znaleziony przez Henriettę Leavitt (1868 – 1921)

Rok 1920: Wielka Debata

Heber D.Curtis (1872 - 1942)

Argumentował za wielością ‘wszechświatów’-galaktyk

Harold Shapley (1885-1972)

Argumentował za gazową naturą mgławic spiralnych i jedną galaktyką

Rozwiązanie: Edwin Hubble + 2.5 m teleskop

100-calowy teleskop Hookera na Mt. Wilson

Edwin Hubble

Największy na świecie nowo zbudowany teleskop umożliwił zaobserwowanie pojedynczych gwiazd w galaktyce Andromedy, w szczególności Cefeid.

Cefeidy już wtedy dawały znany sposób na określenie odległości z relacji okres – jasność.

Wyznaczona odległość do Andromedy okazała się być dużo większa niż rozmiary naszej galaktyki określone przez Shapley’a.

Piękne galaktyki: Sombrero

Piękne galaktyki: M31 - Andromeda

Piękne galaktyki: M83 – Southern Pinwheel

Klasyfikacja galaktyk: Edwin Hubble

Galaktyki eliptyczne• Czerwone (B-V) > 1 = stara populacja gwiazdowa

• Gładki profil = układ w równowadze

• Duża jasnośc powierzchniowa = układ ciasny

• Mało lub wcale pyłu = brak możliwości formowania gwiazd

• Tylko linie absorpcyjne = powstawanie gwiazd nie zachodzi

• Liczne gromady kuliste = utworzone przez zderzenia

• Brak silnej rotacji = utworzone przez zderzenia

• Występują w gromadach galaktyk = utworzone przez zderzenia

• Typowo

-21 < MV < -17

Galaktyki spiralne• Czerwone zgrubienie centralne (B-V) > 1 = zgrubienie centralne jest stare

• niebieskawe ramiona/dysk (B-V) ~ 1 = dysk jest młodszy

• umiarkowana jasnośc powierzchniowa = układ dazy do równowagi

• znaczne ilości pyłu = powstawanie gwiazd w przyszłości

• liczne linie emisyjne i absorpcyjne = powstawanie gwiazd zachodzi

• rotujący dysk = utworzone w wyniku kolapsu

• liczne gromady kuliste = pewna rola zderzeń galaktyk

• występuja w gromadach i w polu = zderzenia i kolaps

• typowo

-21 < MV < -17

oraz dodatkowo: galaktyki niergularne

NGC 6822

oraz dodatkowo: galaktyki karłowate

Obłoki Magellana

oraz dodatkowo: galaktyki karłowate

Dwingeloo I

oraz klasa galaktyk o małej jasności powierzchniowej

David Malin

Malin 1

Obserwacje prowadzi się w szerokim zakresie widmowym

M 51

optyka podczerwień

radio X-ray

HST

i w szerokim zakresie odległości: od

najdalszych krańców Wszechświata:

najdalszych krańców Wszechświata:

najdalszych krańców Wszechświata:

Czego nie wiemy?

• Zagadka ciemnej materii

• Ewolucja galaktyk

Krzywa rotacji galaktyk

rmv

rmGMGal

2

2 r

GMv Gal

J. R. Brownstein i J. W. Moffat (2006) 

Ciemna materia albo modyfikacja praw Newtona i ogólnej teorii względności

rGMv Gal

rmv

rmGMGal

2

2

Ewolucja galaktyk

Rola zderzeń w formowaniu się galaktyk

A tak artysta wyobraża sobie zderzenie Andromedy (M31) z

Drogą Mleczną.1.

A tak artysta wyobraża sobie zderzenie Andromedy (M31) z

Drogą Mleczną.2.

A tak artysta wyobraża sobie zderzenie Andromedy (M31) z

Drogą Mleczną.3.

A tak artysta wyobraża sobie zderzenie Andromedy (M31) z

Drogą Mleczną.4.

A tak artysta wyobraża sobie zderzenie Andromedy (M31) z

Drogą Mleczną.5.

Zderzenie galaktyk: symulacja komputerowa

Wpływ supermasywnej czarnej dziury i fazy kwazarowej na

ewolucję galaktykiObserwowany związek pomiędzy Obserwowany związek pomiędzy masą czarnej dziury oraz prędkością masą czarnej dziury oraz prędkością gwiazd w zgrubieniu centralnym (i gwiazd w zgrubieniu centralnym (i samą masą zgrubienia centralnego); samą masą zgrubienia centralnego); Magorrian i in. (1998).Magorrian i in. (1998).

Obowiązuje zarówno dla aktywnych Obowiązuje zarówno dla aktywnych galaktyk jak i słabo aktywnych galaktyk jak i słabo aktywnych galaktyk.galaktyk.

Stuart & Wyithe (2006)

Podsumowanie:

Najważniejsze zagadnienia do wyjaśnienia:Zagadka ciemnej materiiMetody obserwacyjne: dokładna analiza ruchu możliwie wielu gwiazd, szczególnie obiecujące mogą być właśnie galaktyki o małej jasności powierzchniowej. SALT?

Ewolucja galaktyk w okresie Wieków Ciemnych (z ~ 10 – 30)Metody obserwacyjne: problem trudniejszy, bo materia międzygwiazdowa staje się tam nieprzezroczysta. Astronomia grawitacyjna? Natomiast duże możliwości opracowań teoretycznych.