Astrofyzika IX. galaxie, jejich aktivita, kvasary Vladimír Štefl Ústav teoretické fyziky a astrofyziky Debata r. 1920 H. Shapley x H. D. Curtis Co představují mlhoviny ? m31tv Debata r. 1920 H. Shapley x H. D. Curtis Závěry diskuse H.ShapleyxH.D.Curtis r. 1920 pomocí studia kulových hvězdokup zjistil polohu středu Galaxie a její rozměry vesmír je tvořen naší Galaxií, mlhavé obláčky jsou blízká plynná mračna H.Curtis: vesmír je složen z mnoha galaxií jako je naše, Slunce leží v blízkosti středu jedné z galaxií H.Shapley: Nejbližší okolí Galaxie satell Velký Magellanův oblak LMC4 30Doradus Tarantule-emisní mlhovina r ≈ 50 kpc Galaxie v souhvězdí Andromedy m31_gendler_big satelitní trpasličí eliptická galaxie M 32, prošla před 210 miliony let galaxií M 31 – vznik vnějšího prachového prstence ve vzdálenosti 10 kpc od jádra M 31 r = 772 kpc, 5% chyba, vr = - 180 km.s-1, pohyb Galaxie směrem k M 31, obě splynou - obří eliptická galaxie Galaxie v souhvězdí Andromedy disk modrých hvězd kolem černé díry v jádře M 31 x Galaxie Srážka galaxií Kupa galaxií galgrps střední vzdálenosti mezi galaxiemi převyšují přibližně 20krát jejich rozměry Hubbleova klasifikace Hklasifik.jpg Hubbleova klasifikace galaxií klasifikacehubble platí pro z < 1 Hubbleova klasifikace galaxií podle vnějšího vzhledu v původní klasifikaci rozdělujeme galaxie na eliptické E - 13 % spirální S - 62 % čočkovitého tvaru S0 - 9 % nepravidelné Ir - 3 % zvláštní typy galaxií - 13 % Eliptické galaxie mají tvar elipsoidů různého zploštění, hvězdy rozloženy symetricky, jejich hustota rovnoměrně ubývá od středu k okraji, ve složení převládají staré červené hvězdy – obři, veleobři, obsahují menší množství mezihvězdné látky přechodným typem mezi galaxiemi E a S jsou galaxie čočkovitého tvaru S0 V průběhu vývoje za miliardy roků galaxie mohou měnit svůj typ Problémy tradiční galaktické klasifikace M 87 - eliptická galaxie E0 220px-The_halo_of_galaxy_Messier_87.jpg M87Malin.jpg M 59 - eliptická galaxie E5 M59M60.jpg Messier59_-_HST_-_.jpg M 59 a M 60 Čočkovitá galaxie S0 NGC 5010 lenticulargalaxies.jpg Vývoj eliptických galaxií Spirální galaxie Spirální galaxie se dělí na podtypy Sa, Sb, Sc podle vzájemného poměru jejich sférických a plochých složek, Sa je charakterizována relativně velkým jádrem a slabě vyvinutými spirálními rameny, v galaxiích Sc je naopak jádro nevýrazné, dominuje plochá složka s velkým množstvím mezihvězdné hmoty a horkých hvězd, tvořících mohutná spirální ramena, naše Galaxie spadá do přechodného typu Sb – Sc s příčkou Galaxie Sa - Sombrero M104Sombrero.jpg Galaxie Sb v souhvězdí Andromedy m31_gendler_big Galaxie M 31 v různých spektrálních oborech 509_8 m31eff m31iso Galaxie Sc M 33 v Trojúhelníku M33_-_Triangulum_Galaxy.jpg Spirální galaxie s příčkou ngc1300_hst_f Naše Galaxie Sb Our-Milky-Way-Gets-a-Makeover.jpg 500px-Milky_Way_Arms_ssc2008-10.svg.png Nepravidelné galaxie nepravidelné galaxie jsou zpravidla nejméně hmotné, avšak obsahují relativně nejvíce mezihvězdné hmoty (30 - 40%), proto v nich vzniká nejvíce hvězd posloupnost galaxií Ir - Sc - Sb - Sa - S0 - E odráží různé počáteční podmínky při vzniku galaxií, podél této posloupnosti se zmenšuje moment hybnosti na jednotku hmotnosti galaxie, který má významnou roli při tvorbě jednotlivých hvězd, nejde o vývojovou posloupnost Velký Magellanův oblak galaxie Ir LMC4 30Doradus Tarantule-emisní mlhovina r ≈ 50 kpc Velký Magellanův oblak - vznik hvězd r ≈ 50 kpc Interagující galaxie Galaxie M 82 Ir m82_subaru M82s r = 3,6 Mpc Vr = 200 km.s-1 černá díra ≈ 10 3 MS výron plynu z jádra v ≈ 1000 km.s-1 m82_subaru Galaxie M 82 Ir nepravidelná galaxie r = 3,6 Mpc 10 10 MS černá díra v jádře Ursa_Major_constellation_map m82_subaru Galaxie M 82 r = 3,6 Mpc, černá díra ≈ 10 3 MS galaxie M 82 Ir galaxie M 82 – složení snímků HST, Chandra, Spitzer 739px-M82_Chandra_HST_Spitzer Galaxie M 81 SA v optickém a rádiovém spektrálním oboru Přenos hmoty mezi galaxiemi M81, M82 a NGC 3077 H I λ = 21,1 cm prenos-hmoty Aktivní jádra galaxií Dynamické chování jader galaxií je výrazně odlišné od okolí, oblasti rychle rotují, jsou tvořeny černými děrami, kolem kterých obíhají hvězdy, mezihvězdná látka, relativistické částice, vše v silném magnetickém poli, intenzivní aktivita jader – vytékání mezihvězdné látky z těchto oblastí, vyvrhování - exploze – viz galaxie M 82 , Zvláštní typy galaxií Seyfertovy galaxie – SyG : silná aktivita jader, ve spektru proměnné výrazné emisní čáry, výrony rychlostí až 5 000 km.s-1 zářivý výkon až 10 32 W Rádiové galaxie: vyzařují v rádiovém oboru, dva rádiové zdroje, relativistické elektrony v magnetickém poli, synchrotronní záření, jeho polarizace, L větší než 10 32 W Circinus.galaxy.750pix.jpg Circinus galaxie, nejbližší Seyfertova galaxie v souhvězdí Kružítka Seyfertovy galaxie Seyfertovy galaxie Seyfertovy galaxie Seyfertovy galaxie 180px-ESO_Centaurus_A_Seyfertovagalaxie.jpg seyfertgalaxie.jpg Seyfertova galaxie NGC 7742 r = 24 Mpc ngc7742_hst Seyfertovy galaxie - spektrum 71674647627F09 71674647627F10A Sy1 Sy2 Rádiová galaxie Centaurus A - NGC 5128 cen_a_noao CentaurusA2 r = 3,8 Mpc vr = 547 km.s-1 srážka galaxií uprostřed černá díra 108 MS pozorování klasických cefeid → r aktivní jádro galaxie 1034 W Rádiová galaxie Centaurus A 71674647627F14B Cen A v rtg. oboru, jet plazmatu z černé díry L ≈ 1037 W dva rádiové zdroje - laloky symetricky položené - relativistické elektrony - mag. pole → synchrotronní zář. Rádiová eliptická galaxie Centaurus A NGC_5128_galaxy.jpg CentaurusA_Center_EN.PNG jádro černá díra ≈ 108 MS rádiové emise a jety na obě strany, r = 3,8 Mpc Rádiová eliptická galaxie Centaurus A Model aktivních galaktických jader Galaxie M 87 M 87, NGC 4486 rád. zdroj Virgo, 3C 274 eliptická galaxie E1, ≈ 1014 MS, vzdálenost 18 Mpc, jet – výtrysk z jádra galaxie - 1,5 kpc, proud nabitých částic, zejména elektronů, urychlovaných silným magnetickým polem, jednotlivé uzly, vyzařování v rádiovém 3cm – 30 dm ≈ 6.1033 W, optickém oboru, lineární polarizace, synchrotronní podstata, jádro černá díra ≈ 109 MS galaxie M 87 - polarizace Jet galaxie M 87 – NGC 4486 Analýza rychlosti jetu M 87 Jak jety vznikají, vyzařují, udržují svůj tvar ? Jet – proud nabitých částic – elektronů, urychlovaných mag. polem, v ≈105 km.s-1 délka výronu – 1,5 kpc, 10 6 MS zhuštěniny - uzlíky Černá díra v M 87 m87-spectrum při r = 16 pc = 4,9 .10 17 m, i = 42 o vc sin i = 460 km.s-1 , vc = 690 km.s-1 M = vc2 r / G ≈ 4 . 10 39 kg ≈ 2 . 10 9 MS Černá díra v M 87 vlevo původní snímek, vpravo upravená verze užitím počítačových algoritmů, oboje r. 2019 Černá díra v jádře galaxie M 31 reálný barevný snímek, složený z HST snímků F300w, F555W, F815W tři jádra P1, P2, P3 černá díra ~ 1,4.108 MS ← P1, P2 červené hvězdy P3 A – hvězdy kinematický model: oběžná rychlost 1700 km.s-1 , 0,05 arcsec = 0,19 pc Černé díry v jádrech galaxií 03galaxy_bh Vnější galaxie - různé detekce černých děr Spirální galaxie M 51 M51 Spirální galaxie M 74 galaxie NGC 4622 s opačnou rotací Simulace vzniku spirální struktury galaxií Simulace vzniku spirální struktury galaxií Simulace a realita vzhledu galaxií Simulace vzniku galaxie s příčkou Simulace interakce dvou galaxií F15-26 Galaktický kanibalismus m51_hst_90x Interakce může iniciovat vznik spirálních hustotních vln Pozorování a simulace NGC 2992/3 Splynutí dvou galaxií – hvězdy a plyn Dvojice spirálních galaxií NGC 3314 a, b Galaxie Arp 188 - Pulec arp188-1 Spirální galaxie NGC 3314 Interagující galaxie NGC 2207 a IC 2163 Interagující anténní galaxie n4038twardys SN2007sr - Ia NGC 4038/39 r = 20 Mpc Interagující galaxie – hromadný vznik hvězd O – B asociace hvězd ngc4038-39 Vznik hvězd v galaxiích HST – pozorování WFPC 600px-Hubble_Interacting_Galaxy_NGC_6240_(2008-04-24) Můžeme Hubbleovým dalekohledem pozorovat aktivní galaxii NGC 6240, jejíž úhlová velikost činí 2´? Pozorování WFPC vybavenou CCD detektorem 1 600 x 1 600 pixelů při šířce pixelu d = 15 μm, ohnisková vzdálenost primárního zrcadla je f = 31 m. Výpočtem propočítáme pole na jeden čip . Celkové pole detektoru 1 600 . 0,1“ = 160“ = 2 ´40“ , galaxii lze pozorovat. NGC 6240 Kvasary r. 1962 zákryt kvasaru 3C 273 s Měsícem quasi stellar object - kvasar široké emisní čáry - vznik v mračnech ionizovaného plynu hustota n ≈ (10 7 - 10 10) cm-3 , teploty T ≈ 10 4 K, rozměry několik pc, chemické složení H, He, C, N, Mg, Ca, Si, Fe, obohacení těžším prvky proběhlo v nejranějších stadiíchvývoje kvasary - jádra vznikajících galaxií Δ E = Δ m . c2 hmotnost kvasaru lze určit z šířky spektrálních čar Objev kvasarů 1963 zákryt kvasaru Měsícem 1962 Kvasar 3C 273 v různých spektrálních oborech L ~ 10 40 W z ~ 0,16 , r ~ 640 Mpc Hmotnost kvasaru 3C 273 Úhlová velikost 21,“, při vzdálenosti 750 Mpc je lineární délka jetu l = r . sin 21“ = 60 kpc t = l/c ≈ 2 . 10 6 roků, při L = 10 40 W za rok kvasar vyzáří 10 47 J, celkově za 10 6 roků 10 53J, jestliže se vyzáří 1 % zásob energie, Δ E = Δ m . c2 hmotnost kvasaru ≈ 10 9 MS z = 0,16 , 48 000km/s 3C273rgb Spektra kvasarů lbqso700 qso5 Spektra kvasarů Vlastnosti kvasarů Určování vzdáleností galaxií • Postup práce -identifikace charakteristických emisních respektive absorpčních čar ve spektrech galaxií -proměřování rudého posuvu Δλ •- výpočet Δλ = λp-λl, z = Δλ / λl -stanovení vzdálenosti , H = 72 km/s/Mpc - Ca II K Ca II H NGC 3368 Spektrum galaxie NGC 3368 Určování vzdáleností galaxií laboratorní vlnové délky katalogová vzdálenost výsledná určená hodnota •Hubbleův zákon - určování vzdáleností ve vesmíru • • • • • • • • • • • •http://astronomy.swin.edu.au/~elenc/Calculators/redshift.php • appenzeller4_f4 Modré galaxie FBGALAX C46anim Místní skupina galaxií Místní skupina galaxií Kupa galaxií v Panně markarians Hubbleovo hluboké pole přes 800 expozičních snímků, v čase více než 240 hodin Hubbleovo hluboké pole přes 800 expozičních snímků, v čase více než 240 hodin Hubbleovo hluboké pole přes 800 expozičních snímků, v čase více než 240 hodin Hubbleovo extrémně vzdálené pole galaxií v souhvězdí Pece r. 2003 - 2004 Hubble_ultra_deep_field_high_rez_edit1 11 čtv.arcmin, 10 000 objektů mez. hvězd.velikost - 29 mag 427px-Hudf-illustration v pásmu 4 < z < 7 různá vývojová stadia galaxií s nepravidelným tvarem celková expozice 106 s, 11,5 dne F 435 W (B) 56 oběhů F 606 W (V) 56 oběhů F 755 W (i) 150 oběhů F 850 LP (z) 150 oběhů Hubbleovo extrémně vzdálené pole galaxií v souhvězdí Pece r. 2003 - 2004 Hubbleovo extrémně vzdálené pole galaxií v souhvězdí Pece r. 2003 - 2004 Hubbleovo extrémně vzdálené pole galaxií Hubble_ultra_deep_field_high_rez_edit1 Vzdálená galaxie z ~ 6,5 v HUDF DistgalaxyHUDF Hubbleovo extrémně hluboké pole galaxií