Vintergatan. Universums byggnad, 8 april 2008 Albert Nummelin

Relevanta dokument
CO i en spiralgalax. Vintergatans spiralmönster. Vintergatans uppbyggnad. Spiralgalaxen M 83. Den neutrala vätgasens v. fördelning f Vintergatan

Vår galax, Vintergatan

CO i en spiralgalax. Vintergatans spiralmö. Vintergatans uppbyggnad. Spiralgalaxen M 83. fördelning i Vintergatan. Den neutrala vä.

Vi ser Vintergatan som ett dimmaktigt bälte över himmelen.

1755: Immanuel Kant, The Universal Natural History and Theories of the Heavens.

Astronomi. Vetenskapen om himlakropparna och universum

Stjärnors födslar och död

Introduktion. Stjärnor bildas, producerar energi, upphör producera energi = stjärnor föds, lever och dör.

Vilken av dessa nivåer i väte har lägst energi?

Kosmologi. Universums utveckling. MN Institutionen för astronomi. Av rättighetsskäl är de flesta bilder från Wikipedia, om inte annat anges

Från nebulosor till svarta hål stjärnors födelse, liv och död

Universums tidskalor - från stjärnor till galaxer

Edwin Hubbles stora upptäckt 1929

Orienteringskurs i astronomi Föreläsning 9, Bengt Edvardsson

Orienteringskurs i astronomi Föreläsning 1, Bengt Edvardsson

En rundvandring i rymden

Kosmologi - läran om det allra största:

2 H (deuterium), 3 H (tritium)

Solen och andra stjärnor 24 juli Stefan Larsson. Mer kap 3 Stjärnors egenskaper

Universums expansion och storskaliga struktur Ulf Torkelsson

Kosmologi. Ulf Torkelsson Teoretisk fysik CTH/GU

Orienteringskurs. Astrobiologi. Del 3

Dramatik i stjärnornas barnkammare av Magnus Gålfalk (text och bild)

Kosmologin söker svar bl.a. på: Hur uppkom universum? Hur gammalt är universum? Hur är materian och energin fördelad?

Allt börjar... Big Bang. Population III-stjärnor. Supernova-explosioner. Stjärnor bildas

Mörk materia och det tidiga universum Joakim Edsjö Stockholms Universitet

Astronomi. Hästhuvudnebulosan. Neil Armstrong rymdresenär.

Science Night Rymden nu och framåt Aktuell forskning om rymden som utgångspunkt för intresseskapande fysik.

Orienteringskurs i astronomi Föreläsning 10, Galaxer, kapitel 10. Bengt Edvardsson

Solsystemet. Lektion 15 (kap 7-8)

Från atomkärnor till neutronstjärnor Christoph Bargholtz

Stjärnors död samt neutronstjärnor. Planetära nebulosan NGC (New General Catalogue) Kattöganebulosan

Stjärnors spektralklasser; dubbelstjärnor Ulf Torkelsson

Inspirationsdag i astronomi. Innehåll. Centret för livslångt lärande vid Åbo Akademi Vasa, 24 mars 2011

Varje uppgift ger maximalt 3 poäng. För godkänt krävs minst 8,5 poäng och

LÖSNING TILL TENTAMEN I STJÄRNORNA OCH VINTERGATAN, ASF010

Kosmologi efter elektrosvagt symmetribrott

Hertzsprung-Russell-diagrammet Ulf Torkelsson

Upptäckten av gravitationsvågor

Introduktion till Kosmologi

Ulf Torkelsson. 2 Röntgenastronomi och röntgendubbelstjärnor

Översiktskurs i astronomi

Vanlig materia (atomer, molekyler etc.) c:a 4%

Kosmologi - läran om det allra största:

Orienteringskurs i astronomi Föreläsning 8, Bengt Edvardsson

Sett i ett lite större perspektiv

Till exempel om vi tar den första kol atomen, så har den: 6 protoner, 12 6=6 neutroner, 6 elektroner; atommassan är också 6 men masstalet är 12!

Upplägg. Big Bang. Rekombinationen I. Översiktskurs i astronomi Lektion 12: Universums barndom och framtid. Ett strå. strålningsdominerat universum

Solens energi alstras genom fusionsreaktioner

Universum. Stjärnbilder och Världsbilder

VARFÖR MÖRK ENERGI HAR EN ANMÄRKNINGSVÄRT LITET VÄRDE. Ahmad Sudirman

Varifrån kommer grundämnena på jorden och i universum? Tom Lönnroth Institutionen för fysik, Åbo Akademi, Finland

Instuderingsfrågor i astronomi Svaren finns i föreläsningarna eller i kursboken

Kvasarer och aktiva galaxer

Gull! Astrofysikk, kärnfysik, kvantmekanik og relativitetsteori i vardagen? Jonas Persson Institutt for Fysikk, NTNU

Kalla Vindar ( och Heta Galaxkärnor) Susanne Aalto Rymd och Geovetenskap Chalmers

ENKEL Kemi 2. Atomer och molekyler. Art nr 515. Atomer. Grundämnen. Atomens historia

Atomens historia. Slutet av 1800-talet trodde man att man hade en fullständig bild av alla fysikaliska fenomen.

Kosmologin söker svar bl.a. på: Hur uppkom universum? Hur gammalt är universum? Hur är materian och energin fördelad?

Big Bang L ars Bergström G ruppen för K osmologi, partikelastrofysik och strängteori F ysikum, Stockholms universitet

Solen i dag.

Periodiska systemet. Namn:

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 3

4. Allmänt Elektromagnetiska vågor

Galaxhopar Kollisioner i hopar är vanliga Avstånden mellan medlemmarna är små och de stora galaxerna äter succesivt upp de mindre

Mätning av stjärnors avstånd:

Planeter Stjärnor Galaxer Uppgifter

Solsystemet samt planeter och liv i universum

Guld. fabriker. Kosmos nya

Materien. Vad är materia? Atomer. Grundämnen. Molekyler

Översiktskurs i astronomi Lektion 7: Solens och stjärnornas energiproduktion samt utveckling

Grundläggande fakta om stjärnor

Atomens uppbyggnad. Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (+) Elektroner (-) Neutroner (neutral)

Stjärnors struktur och utveckling Ulf Torkelsson

Lokal pedagogisk plan

Fenomenala rymdbilder - en utställning i Kungsträdgården

Syror, baser och ph-värde. Niklas Dahrén

Kapitel 14. HA HA K a HO A H A. Syror och baser. Arrhenius: Syror producerar H 3 O + -joner i lösningar, baser producerar OH -joner.

Orienteringskurs i astronomi Föreläsning 6, Bengt Edvardsson

Chockvågor. En gång var de astronomins största ouppklarade mysterium. Andreas Johansson berättar om vår nya bild av gammablixtarna.

Kemi. Fysik, läran om krafterna, energi, väderfenomen, hur alstras elektrisk ström mm.

Kapitel 14. Syror och baser

Astrofysikaliska räkneövningar

DE SJU SYMMETRISKA UNIVERSUM. Ahmad Sudirman

Big Bang L ars Bergström Oskar K lein-centrum för kosmopartikelfysik F ysikum, Stockholms universitet

att båda rör sig ett varv runt masscentrum på samma tid. Planet

Svarta hålens tio i topp

Instuderingsfrågor Atomfysik

ANDREAS REJBRAND NV1A Fysik Elektromagnetisk strålning

Universum en resa genom kosmos. Jämförande planetologi. Uppkomsten av solsystem

Alla svar till de extra uppgifterna

Observationer i Perseus stjärnbild

Materia och aggregationsformer. Niklas Dahrén

FINALTÄVLING SVENSKA FYSIKERSAMFUNDET

Inspirationsdag i astronomi. Innehåll. Centret för livslångt lärande vid Åbo Akademi Vasa, 24 mars 2011

CYGNUS. Länktips! Kallelse: Årsmöte 15 mars 2012

Universums uppkomst: Big Bang teorin

Astronomin och sökandet efter liv där ute. Sofia Feltzing Professor vid Lunds universitet

Vågfysik. Ljus: våg- och partikelbeteende

Cygnus medlemsblad för Östergötlands Astronomiska Sällskap (ÖAS)

Transkript:

Vintergatan Universums byggnad, 8 april 2008 Albert Nummelin 1

Bilder av universum: William Herschel (1738 1822) avplattat universum; inga andra galaxer kända solen nära centrum Jacobus Kapteyn (1851 1922) moderniserad variant av Herschels modell, baserad på fotografiska data (1922) 2

Harlow Shapley (1885-1972) Observerade att klotformiga stjärnhopar ligger symmetriskt fördelade över och under vintergatsbandet är koncentrerade i riktning mot stjärnbilden Sagittarius Slutsatser: 1. de klotformiga stjärnhoparna rör sig kring Vintergatans centrum 2. solen befinner sig 50000 ljå från centrum av 300000 ljå skivformig galax (överskattat) Debatten 1920 mellan Heber Curtis (Lick Observatory) och Harlow Shapley (Mt. Wilson) Curtis: 1. Vintergatan är 30000 ljå i diameter 2. Spiralnebulosorna är andra galaxer utanför Vintergatan (trodde även Knut Lundmark) Shapley: 1. Vintergatan är 300000 ljå i diameter 2. Spiralnebulosorna finns inom Vintergatan Debatten fick sin upplösning 1924 när Edwin Hubble m h a Mt. Wilson 2.5-m teleskopet mätte avståndet till M31 (andromedagalaxen) med hjälp av en typ av variabla stjärnor (Cepheider) till 25 ggr längre än mest avlägsna stjärnan avstånden överskattades generellt före 1930 eftersom det interstellära stoftets existens var okänd 3

Dagens bild av vår hemgalax Vintergatan: vår hemgalax; ett system av 2 400 miljarder stjärnor samt gas och stoft, vilket solen tillhör. Totalt 10 12 solmassor Uppbyggnad: tunn skiva (2000 ljå x 100000 ljå) med central utbuktning (6000 ljå x 15000 ljå) och spiralarmar sfärisk halo (200000 ljå diam.) bestående av 200 klotformiga stjärnhopar och enstaka mycket gamla stjärnor någon form av materia som ännu inte observerats direkt ( mörk materia ) 4

de klotformiga stjärnhoparna indikerar Vintergatans dynamiska centrum (Wikipedia) 5

Vintergatans bildande? Klassificering av Vintergatans stjärnor (Walter Baade, 1943) Kriterier för klassifikation: ålder, rörelse, kemisk sammansättning oorganiserade stjärnrörelser nybildade stjärnor bildas i skivan; cirkulära banor ursprungsstjärnorna kvar i halon Extrempopulation II: de äldsta stjärnorna (12 15x10 9 år) mkt liten andel (0.1%) tyngre ämnen än helium ( metaller ) återfinns företrädesvis i halon i klotformiga stjärnhopar Mellanpopulation II: inte fullt så gamla och metallfattiga dominerar ljuset från vintergatsskivans utbuktning Skivpopulationen: medelålders (2 12x10 9 år); solen 1 2% tyngre ämnen Mellanpopulation I och Extrempopulation I: yngre stjärnor (0 2x10 9 år) av typ O/B/A 2 3% tyngre ämnen finns i spiralarmarna Population III: de allra första stjärnorna; hypotetisk grupp 6

Spiralarmar Synlig i HII-områden (stjärnbildningsregioner), öppna stjärnhopar, OBstjärnor täthetsvåg som bromsar upp och förtätar gasen förtätning av gasen underlättar stjärnbildning armarna är ett självunderhållande (stabilt) mönster OB-stjärnor hinner slockna innan de har rört sig ut ur spiralarmen där de fötts -> heta blå stjärnor dominerar ljuset från spiralarmarna 1. stoftstråk, förtätad gas (gasen hinner upp spiralarmen vid dess innerkant och bromsas ned) 2. HII-områden, nyfödda OB-stjärnor joniserar sitt födelsemoln 3. OB-stjärnor vars stjärnvind har blåst bort gasen (spiralarmens ytterkant) sekventiell ( triggad ) stjärnbildning möjlig 7

Stjärnornas banor halo: banor med slumpmässig excentricitet, lutning, avstånd disk: cirkulära banor, organiserade utbuktning: mellanting Rotationskurva: hastighet som funktion av radien kurvans utseende beror på massfördelningen! solsystemet stel kropp Vintergatan 8

Vintergatans rotation: problem Vintergatans rotationskurva är oväntat flack Den synliga (strålande) materian är inte tillräcklig för att förklara de höga hastigheter stjärnorna uppvisar i sin bana runt galaxen -> inför mörk materia i form av en (sfärisk) halo Mörk materia ser ut att utgöra 90% av galaxens massa Liknande gäller de flesta andra galaxer! mörk materia manifesterar sig på flera andra sätt (t ex galaxhopars rörelser) Problem: stoft absorberar visuellt ljus och förhindrar observationer i Vintergatans plan 9

Interstellärt stoft Robert Trűmpler upptäckte 1930 genom att observera öppna stjärnhopar att ljus som passerar genom interstellärt stoft genomgår 1. dämpning (blir svagare) 2. rödfärgning ( reddening ) kortvågigt (blått) ljus sprids effektivare än långvågigt (rött) -> det vita ljuset tappar mer av det blå än av det röda egentligen: förlust av blått ( de-blueing ) Barnard 68 (ESO) 10

Bättre: infrarött ljus (1 4µ µm) Bättre bild av stjärnfördelningen i vår egen galax (COBE/DIRBE) 11

Gasens fördelning i Vintergatan koronagas 10 6 K (mkt het) 0.001 0.01 atomer/cm 3 atomär gas 50 100 K 1 10 atomer/cm 3 joniserad gas (HII-områden) 10 4 K kring nybildade ljusstarka stjärnor molekylär gas 10 K 10 2 10 6 H 2 molekyler/cm 3 Stjärnbildning sker uteslutande i den molekylära gasen 12

Radiovågor: ett sätt att nästan obehindrat kartlägga Vintergatans struktur kall atomär vätgas kan observeras direkt med radiostrålning vid 21 cm våglängd (1420 MHz) > vid denna våglängd ingen stoftabsorption! dess uppkomst: väteatomens proton och elektron ändrar spintillstånd från parallell till antiparallell (mkt långsam process; i genomsnitt 10 7 år innan spinändring) intensiteten hos spektrallinjen vid 21 cm beror på totala gasmängden i teleskopets riktning förutspådd 1944 av Hendrik van de Hulst, observerad 1951 av Harold Ewen & Edward Purcell 21-cm HI spektrum Vintergatans spiralarmsstruktur: 7: yttre armen 8: Perseusarmen 11: Orionarmen 12: solens position yttre Perseus- lokala (Orion-) armen armen armen -85 km/s -50 km/s 0 km/s Hastighet relativt solens omgivning (km/s) 13

21-cm radiostrålning (neutral atomär vätgas, HI) visuellt ljus (joniserad vätgas, HII) Helixnebulosan, NGC 7293 (Rodriguez, Goss & Williams 2002) 14

15

Observationer av molekylär interstellär gas Består mest av H 2 (och He!); ingen atomär vätgas En egenhet hos H 2 - molekylen: endast mycket svag radiostrålning och bara under speciella omständigheter (t ex uppvärmd gas i chockfronter) CO: näst vanligaste ämnet i molekylmoln (1/10000 av H 2 ) > använd CO som spårare av den svårobserverade H 2 G327.3-0.6: ett molekylmoln uppvärmt av stjärnor under bildande Andra kemiska föreningar förekommer i mkt små koncentrationer, mindre än 1/100 av CO 16

Två stjärnbildningsområden olika kemi W33A: nybildad stjärna som omges av kall gas och stoft, sitt födelsemoln IR-ljus från stjärnan filtreras genom den omgivande gasen, vars ämnen ger upphov till absorptionslinjer 17

kända interstellära molekylföreningar (omkring 125 ämnen) H 2 CH CH + NH OH C 2 CN CO SiC CP CS NO NS SO HCl NaCl KCl AlCl AlF PN SiN SiO SiS CO + SO + HF H + 3 N 2 O NH 2 H 2 O H 2 S HCN HNC C 2 H C 2 O CH 2 HCO HCO + HCS + HOC + HNO N 2 H + c-c 3 H C 3 H C 3 N C 3 O C 3 S CH 2 D + HCCN HCNH + HNCS HNCO HOCO + H 2 CN NH 3 H 3 O + H 2 CO C 2 H 2 c-sic 3 C 5 C 4 H C 4 Si C 3 H 2 c-c 3 H 2 CH 2 CN HC 2 NC H 2 CNH H 2 C 2 O H 2 NCN HNC 3 H 2 COH + C 5 H C 5 0 C 2 H 4 CH 3 NC CH 3 OH CH 3 SH HC 3 NH + HC 2 CHO H 2 C 4 C 5 N C 3 3 3 SiC 2 SO 2 CO 2 OCS MGNC MgCN NaCN C 6 H CH 2 CHCN CH 3 C 2 H HC 5 N HCOCH 3 NH 2 CH 3 c-c 2 H 4 O CH 2 CHOH CH 3 C 3 N CH 3 COOH C 7 H H 2 C 6 CH 2 OHCHO CH 2 CHCHO CH 3C 4H CH 3 CH 2 CN (CH 3 ) 2 0 CH 3 CH 2 0H HC 7 N C 8 H CH 3 C 5 N? (CH 3 ) 2 CO NH 2 CH 2 COOH?? CH 3 CH 2 CHO HC 9 N C 6 H 6? HC 11 N Resumé: grundämnenas ursprung 1. I Big Bang bildades normalt väte 1 H (75% av materiemassan), normalt helium 4 He (25%) och mycket lite 3 He, 2 H (deuterium, tungt väte ) och 7 Li 2. grundämnen tyngre än He upp till 56 Fe bildas genom fusion i stjärnornas inre 3. tyngre grundämnen bildas genom neutroninfångning antingen i massiva stjärnor ( s-processen, upp till 209 Bi ) eller i supernovor ( r-processen, inklusive de tyngsta radioaktiva ämnena) Boktips Big bang: allt du behöver veta om universums uppkomst och lite till av Simon Singh 18

Kosmisk materialåtervinning 1: supernovor 19

20

Kosmisk materialåtervinning 2: Stjärnvind från röda jättestjärnor Normaltunga Normaltunga stjärnor bantar bort hälften av sin massa på huvudserien under sin dödskamp som röd jätte Radiostrålning från supernovarest Cas A (10 ljå diameter) 21

Sammanfattning: Materians kretslopp 22

Vintergatans centrum Extremt tätt på stjärnor, neutronstjärnor, och supernovarester Helt osynligt vid visuella våglängder p g a stoftabsorption, men synligt i radio, IR, röntgen, gamma 23

Sgr A * ett supermassivt svart hål? I galaxens centrum finns en ovanlig källa till radio- och röntgenstrålning, Sgr A* Infrarödobservationer av stjärnor runt Sgr A*:s position visar på mkt snabba rörelser -> 10 6 solmassor inom ett område mindre än 10 A.U. -> supermassivt svart hål? 24