allsky3 Astrofyzika VIII. Galaxie Vladimír Štefl Ústav teoretické fyziky a astrofyziky Základy stelární astronomie Obsah obrázku Lidská tvář, portrét, osoba, oblečení Popis byl vytvořen automaticky anglický astronom William Herschel 1738 - 1822, rod pocházel z Heršpic u Slavkova, zakladatel stelární astronomie, sestrojil desítky zrcadlových dalekohledů, r. 1789 největší s průměrem 122 cm, nejčastěji pozoroval s dalekohledem o průměru 30 cm, s ohniskovou vzdáleností 6 m, systematickou prohlídku oblohy započal roku 1774. Obsah obrázku skica, kresba, černobílá, venku Popis byl vytvořen automaticky Herschelův model Galaxie Kapteynův model Galaxie Obloha, pozorování v Galaxii mwpanobloha.jpg Galaxierůznésměry.jpg Určování vzdáleností – cefeidy cefeidy - pulsující hvězdy, měnící svůj poloměr a jasnost cefeidy.jpg Nejbližší hvězdy z okolí Slunce 486_63 12lys Okolí Slunce do 3,3 pc střední vzdálenosti mezi hvězdami převyšují (106-107) krát jejich rozměry Stavba Galaxie = Milky Way ? Stavba Galaxie Stavební struktura Galaxie celek galaxie-2jpg populace I – mladé hvězdy populace II – staré hvězdy 30 kpc - průměr disku halo Galaxie: vnitřní část 3krát více kovů než ve vnější části výduť - poloměr 1,3 kpc Slunce 26 pc od gal. rov. 8 kpc od středu Galaxie Galaxie – parametry počet hvězd 10 11 pouze zhruba 2-3 % dostupná pozorování průměr plochého disku 30 kpc tloušťka disku 1 kpc Slunce leží 8 kpc od středu disku oběžná rychlost 250 km/s oběžná doba Slunce 200 mil. roků hmotnost 5 . 1011 MS mezihvězdná hmota, asi 10% hmotnosti zářící látky, zejména podél galaktického rovníku populace I - plochá populace, mladé objekty, asociace, otevřené hvězdokupy, hvězdy z okolí našeho Slunce populace II - sférická populace, staré objekty, kulové hvězdokupy, červení obři rozlišení populací - stáří, chemické složení, prostorové rozložení, pohybové vlastnosti Populace v Galaxii Property Population I Intermediate Population II Orbits Circular Elongated Very elliptical Shape spiral arms disk spherical/halo Thickness(pc) 120 400 2000 Metals (%) 3-4 0.4-2 0.4 or less Total Mass (Msun) 2x109 5x1010 2x1010 Age (yr) 108 109 1010 Typical objects Open clusters, HII regions, OB stars Sun Globular clusters, RR Lyrae stars Rozdělení hvězd podle populací Kinematické vlastnosti hvězd v Galaxii vt = 4,74 μ r [km.s-1] vr = c ∆λ/λ [km.s-1] Kinematické vlastnosti hvězd v Galaxii structure3 250px-Proper_motion Galaxie stavba Galaxie - jádro, spirální ramena, halo jádro studováno v infračerveném oboru (750 - 1 000) nm, v kterém je menší mezihvězdná absorpce, existence spirálních ramen objasněna teorií hustotních vln, ramena - místa zvýšené hustoty, hvězdy zde setrvávají delší dobu, hvězdy rameny procházejí, nejde o stejné hvězdy halo tvořeno částicemi nepozorovatelnými (např. neutrina), ovlivňují rotaci Galaxie, spirální ramena - mezihvězdný vodík vyzařuje foton, f = 1 420,4 MHz, na vlnové délce 21,1 cm, při změně orientace spinu elektronu z paralelního se spinem protonu na antiparalelní pozorování v rádiovém oboru molekul, např. H2O - 1,4 cm, OH - (18, 18,6) cm, SiO - 0,7 cm, MASER efekt , inverzní obsazení energiových hladin, přechod na metastabilní hladinu, vyzáření koherentní Spirální struktura Galaxie, záření vodíku spiralmap 21cm 6 . 10-6 eV 1420 MHz, λ = 21,1 cm Je teplota mračen H I ≈ 100 K dostatečná k přechodu z paralelního do antipar. spinu ? 3/2 k T ≈ h ν T ≈ 0,05 K Rádiová astronomie: studium vodíku -pozorování spirálních ramen 100m_neu LovellTelescopeJBO Effelsberg D = 100 m Jodrell Bank D = 76 m Obloha1 Spirální ramena v Galaxii Vznik hvězd ve spirálním ramenu Orionu Spirální struktura Galaxie Vznik spirální struktury u galaxií denswave-color diffspin Rotace Galaxie Spirální galaxie M 51 M51 r = 1 Mpc vr = 547 km.s-1 vznik hvězd rozložení molekulárního vodíku v centru galaxie, atomárního na okrajích Spirální hustotní vlny v galaxii M 51 Rotace Galaxie Rotace Galaxie Rotace Galaxie Kinematický popis rotace - Oortovy konstanty Oortovy konstanty Oortovy konstanty Oortovy konstanty Model Galaxie s příčkou structure4 310-Draha Model Galaxie s příčkou Hvězdokupy v blízkosti středu Galaxie starclusters mladá hustá hvězdokupa Arches (oblouky), 25 pc od černé díry Pohled do středu Galaxie 08_SUM_N extinkce v optickém oboru až 30 mag, v infračerveném pouze 3 mag Pohled do středu Galaxie Oběžný pohyb hvězd kolem středu Galaxie Pohyb hvězdy S2 kolem černé díry Černá díra v jádře Galaxie a = 275 au, τ = 2,8 roku, → M = 106 MS Pohyb hvězd v blízkosti středu Galaxie Galaxie v různých spektrálních oborech Galaxie na 21 cm Galaxie v gama oboru záření Galaxie v různých spektrálních oborech Galaxie v různých spektrálních oborech záření teplota K charakteristické objekty γ T > 10 8 akreční disky, jádro Galaxie, srážky kompaktních objektů, zbytky supernov rentgenové (10 6 - 10 8 ) akreční disky, neutronové hvězdy, zbytky supernov, horká mračna plynů ultrafialové (10 4 - 10 6 ) zbytky supernov, horké hvězdy, kvasary optické (10 3 - 10 4 ) hvězdy, Slunce, planety, galaxie, reflexní a emisní mlhoviny infračervené (10 - 10 3 ) červení obři a trpaslíci, hvězdy T Tauri, planety, komety, mezihvězdný prach, jádro Galaxie rádiové T < 10 mračna mezihvězdného vodíku H I, oblasti v blízkosti neutronových hvězd a bílých trpaslíků, reliktní záření, Slunce Přehled záření v různých spektrálních oborech Vznik spirální struktury u Galaxie Vznik spirální struktury u Galaxie Vera Rubin: Měření oběžné rychlosti hvězd Vr= c ∆λ/λ Temná hmota v galaxiích Rotace galaxií - Galaxie Diferenciální rotace galaxií a Galaxie v ~ r temná hmota V ~ Cyklus hmoty v Galaxii Vznik hvězd v Galaxii Vznik hvězd v spirálních ramenech Vznik hvězd v spirálních ramenech Vznik hvězd v Galaxii Cyklus hmoty v Galaxii