Vi ser Vintergatan som ett dimmaktigt bälte över himmelen.

Transkript

1 6 Galaxer Galaxerna är de synliga "byggstenarna" av universum. Man räknar med att det finns 170 miljarder galaxer i den observerbara delen av universum, dvs. inom ca 14 miljarder ljusår. Galaxernas storlek varierar: massan M radien kpc Solen hör till Vintergatan: Spiralgalax med miljarder stjärnor Solen är ca 8 kpc från Vintergatans centrum. Äldsta stjärnorna ca 13 miljarder år gamla. Spiralalaxen M109 anses likna Vintergatan. (Perkins/AstroCruise) 117

2 6.1 Vintergatans struktur Vi ser Vintergatan som ett dimmaktigt bälte över himmelen. Vintergatan i 360 o :s panorama (K. Lundmark, Lund Obs.) Interstellära absorptionen vi ser (optiskt) endast de närmaste spiralarmarna. I infrarött framträder Vintergatans skiva och centrum. (Bild: Caltech/Univ. of Mass.) 118

3 Första försöken att räkna ut Vintergatans struktur: William Herschel (1785) Fördelningen av klotformiga stjärnhopar Vintergatans massmedelpunkt ca 8 kpc från solen. (Bild: Shapley, 1918) Vintergatans spiralstruktur verifierades bl.a. med fördelningen av H i -regioner. 119

4 Vintergatans struktur: diskusliknande skiva, ca 2 kpc tjock, ca 30 kpc i diameter. utbuktande kärna med hög stjärntäthet antagligen stavform + spiralarmar sfärisk halo med klotformiga stjärnhopar korona med gles het gas mörk materia Bilder: NASA Spiralgalaxen NGC 1232 påminner om Vintergatan. 120

5 Två populationer av stjärnor i Vintergatan: Population I: stjärnor som rör sig i närapå cirkulära banor i Vintergatanas plan yngre stjärnor nya bildas i spiralarmarna Population II: stjärnor i banor oberoende av Vintergatans plan, t.ex. klotformiga stjärnhopar gamla stjärnor (t.o.m. 13 miljarder år gamla) De första stjärnorna som uppstod betecknas med population III. Dessa var troligen stora stjärnor som brann slut snabbt observeras inte i Vintergatan. 121

6 Vintergatans rotation: differentiell (inte som fast kropp) följer Oorts lag det tar ca 250 miljoner år för solen att fullfölja ett varv rotationskurvan avslöjar mängden massa som finns i Vintergatan, mera massa snabbare rotation rotationskurvan antyder att det finns stora mängder av mörk materia Spiralarmarna: täthetsvåg: Uppstått genom gravitationell samverkan av all materia i galaxen och kollisioner med mindre galaxer nya stjärnor bildas: Unga objekt är koncentrerade till spiralarmarna mellan spiralarmarna: äldre population I stjärnor 122

7 Vintergatans centrum: Troligen en klotformig stjärnhop med en stjärntäthet tiotusentals gånger större än solens omgivning I den innersta delen troligen ett massivt svart hål, M M (M = solens massa) Vintergatans centrum, Sagittarius A*, är osynligt visuellt (extinktionen), men kan observeras med röntgen-, infraröd- och radioteleskop Sgr A* i röntgen (Chandra, NASA/CXC/MIT/ F.K.Baganoff et al.) och 20 cm:s radiovågor (VLA, National Radio Astronomy Observatory/AUI) 123

8 6.2 Vintergatans uppkomst Observationer: Äldre stjärnor (de klotformiga stjärnhoparna) bildar ett sfäriskt system, ju yngre stjärnor, desto mer koncentrerade till Vintergatans plan. Vintergatans äldsta stjärnor har en ålder nära universums ålder. Rester av mindre galaxer som Vintergatan "svalt" Rester av stjärnor från en dvärg-galax, och stjärnströmmar i Vintergatans halo (National Optical Astronomy Observatories/SWIFT) 124

9 Modeller för Vintergatans uppkomst: "Uppifrån ned"-modellen Vintergatan uppkom strax efter universums uppkomst ur ett enormt roterande gasmoln. Gasmolnet komprimerades och fragmenterades klotformiga stjärnhopar och Vintergatans centrum bildades. "Nedifrån upp"-modellen Först uppkom många små galaxer Vintergatan bildades när dessa kolliderade och fusionerades Den interstellära materian komprimerades till rotationsplanet diskusliknande struktur. Spiralarmarna uppkom genom samverkan av stjärnornas och den mörka materians gravitation. I mitten av Vintergatan uppstod ett svart hål, som samlade materia. 125

10 6.3 Vintergatans framtid Vintergatan och Andromeda galaxen närmar sig varandra med radialhastigheten v r 300 km/s. om ca 4 miljarder år kommer de att mötas. Möjligt scenario för en kollision mellan Vintargatan och Andromeda galaxen: Liten sannolikhet för kollision för enskilda stjärnor Flera nära möten där galaxernas ytterdelar rör sig genom varandra En del stjärnor kastas ut från galaxerna eller övertas av den andra galaxen under nära möten Till slut smälter galaxerna samman till en större galax Starka gravitationella störningar stjärnproduktionen ökar Massiva svarta hålen i centrum av galaxerna kan aktiveras Slutresultat: Troligen en elliptisk galax 126

11 6.4 Klassificering av galaxer Galaxernas storlek varierar: M M (normal materia) radien kpc Galaxer kan klassificeras enligt deras form (Hubbles stämgaffel, STSci): Hubbles klassificering är är ingen utvecklingssekvens, men det sker evolution bland galaxerna. 127

12 Elliptiska galaxer (E0, E1...): har formen av en ellips(oid) innehåller mycket lite gas roterar långsamt specialtyper: jätte-ellipser (cd) och dvärg-ellipser (de) Spiralgalaxer: central kärna tillplattad skiva med spiralarmar innehåller 2-15 % gas roterar snabbt vanliga spiralgalaxer (Sa,Sb, Sc) och stavspiralgalaxer (SBa, SBb, SBc) Linsformade galaxer: mellanform mellan de elliptiska och spiralgalaxerna Oregelbundna galaxer: innehåller ofta mycket gas två typer: Irr I och Irr II 128

13 6.5 Aktiva galaxer Aktiva galaxer: har avvikande strålning kan ha extremt hög luminositet ofta (radio) synkrotronstrålning ex. radiogalaxer (elliptiska galaxer), seyfertgalaxer (oftast spiralgalaxer) NGC 1097 i infrarött NGC 5532, optiskt och radio Bilder: Gemini Obs./N OAO/AbuT eam, N RAO/AU I aktiviteten anses vara tecken på massiva svarta hål i galaxernas kärna. 129

14 Kvasarer(= kvasistellära objekt):. Mycket avlägsna extremt starka punktlika ljuskällor. Strålningen kan motsvarar hundratals galaxer och kommer från ett område som motsvarar solsystemets storlek. Massivt svart hål. Man har identifierat galaxer runt de flesta kvasarerna kvasarerna är extremt aktiva galax-kärnor. Kvasarer ofta i galaxer som störts gravitationellt (nära passage eller kollision med en annan galax). Kvasarer förekom mest då universum var ca 2 miljarder år gammalt. Q A,B Kvasaren 3C 273 och (röntgen, Chandra) dess värdgalax (Hubble ST) 130

15 6.6 Galaxhopar Galaxerna är inte jämt fördelade i rymden utan samlade i grupper och hopar Bild: ESO. Vintergatan tillhör den lokala gruppen: > 50 galaxer tre stora: Vintergatan, M31 och M33 de två första har åtminstone 14 resp. 24 följeslagare; dvärgellipser eller små oregelbundna Vintergatans följeslagare: Bl.a. Stora och Lilla Magellanska molnen 131

16 Galaxhopar: ett större antal galaxer (minst 50 ljusstarka galaxer): Ex. Virgo- och Coma-hopen. "Kollisioner" / nära växelverkan inom hopen. Ex.: Vintergatan och Andromedagalaxen möts om ca 4 miljarder år. Stora elliptiska galaxer kan ha uppstått genom kollisioner N GC 4038/9 (HST) Galaxgrupper och -hopar bildar större system: superhopar Den lokala gruppen för till Virgo superhopen Större enheter än superhopar finns inte 132

17 Superhoparna och hoparna bildar en nätaktig struktur: Hoparna bildar "kedjor" eller "väggar", mellan vilka det finns tomma områden. Distributionen av galaxer inom 100 Mpc (More et al. 1992), distributionen av rödskiftning för 4000 galaxer (Geller & Huchra 1989)samt infraröd panoramabild med Vintergatan i förgrunden (Jarrett, IPAC/CALTECH). 133

18 6.7 Gravitationslinser Gravitationen kröker rymden ljuset böjs gravitationslins: Gravitationslinser kan förstora och förvränga bilden av t.ex. galaxer som finns bakom linsen (t.ex. en galaxhop) Då ljuset böjs vid mindre kroppar, t.ex. av planetstorlek mikrolinser. Med gravitationslinser kan man mäta: rymdens krökning massan för galaxer och galaxhopar avstånd mörk materia Bilder: NCSA, STScI 134