Extragalaktická astrofyzika. Hubblova ladička klasifikace galaxií Morfologie galaxií

Podobné dokumenty
Galaxie Vesmír velkých měřítek GALAXIE. Základy astronomie Galaxie 1/47

Profily eliptických galaxíı

Hvězdy se rodí z mezihvězdné látky gravitačním smrštěním. Vlastní gravitací je mezihvězdný oblak stažen do poměrně malého a hustého objektu

O tom, co skrývají centra galaxíı. F. Hroch. 26. březen 2015

Hvězdný diagram. statistika nuda je, má však cenné údaje. obdobně i ve světě hvězd! náhodný vzorek skupina osob. sportovci na ZOH 2018

Hvězdný diagram. statistika nuda je, má však cenné údaje. náhodný vzorek skupina osob. obdobně i ve světě hvězd!

DUM č. 20 v sadě. 12. Fy-3 Průvodce učitele fyziky pro 4. ročník

Naše Galaxie dávná historie poznávání

B. Hvězdy s větší hmotností spalují termojaderné palivo pomaleji,

Hvězdný diagram. statistika nuda je, má však cenné údaje. náhodný vzorek skupina osob. obdobně i ve světě hvězd!

Úvod do moderní fyziky. lekce 7 vznik a vývoj vesmíru

- mezihvězdná látka - složení: plyny a prach - dělení: 1) Jasné září vlastním nebo rozptýleným světlem emisní reflexní planetární 2) Temné pohlcují

Extragalaktické novy a jejich sledování

Vzdálenost středu Galaxie

Korekce souřadnic. 2s [ rad] R. malé změny souřadnic, které je nutno uvažovat při stanovení polohy astronomických objektů. výška pozorovatele

Extragalaktická astrofyzika

Objev gama záření z galaxie NGC 253

Vzdálenosti ve vesmíru

Virtual Universe Future of Astrophysics?

O tom, co skrývají centra galaxíı. F. Hroch. 10. duben 2009

11 milionů světelných let od domova...

Proč studovat hvězdy? 9. 1 Úvod Energetické úvahy Zjednodušení použitá při konstrukci sférických modelů Model našeho Slunce 15

Všechny galaxie vysílají určité množství elektromagnetického záření. Některé vyzařují velké množství záření a nazývají se aktivní.

9. Astrofyzika. 9.4 Pod jakým úhlem vidí průměr Země pozorovatel na Měsíci? Vzdálenost Měsíce od Země je km.

Hvězdný vítr. Ústav teoretické fyziky a astrofyziky Masarykova univerzita, Brno

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Aneb galaxie pod pláštíkem temnoty. Filip Hroch


VY_12_INOVACE_115 HVĚZDY

Datová analýza. Strana 1 ze 5

KATAKLYZMICKÉ UDÁLOSTI. 10. lekce Bára Gregorová a Vašek Glos

Spektrum. Spektrum. zisk rozkladem bílého světla

Urychlení KZ. Obecné principy, Fermiho urychlení, druhý řád, první řád, spektrum

Základní jednotky v astronomii

Charakteristiky optického záření

Vývoj Slunce v minulosti a budoucnosti

V říši galaxií. velké množství galaxií => každý má aspoň jednu (ultra)hluboký pohled do vesmíru

základy astronomie 2 praktikum 6. Vlastnosti Galaxie

Extragalaktická astrofyzika. Aktivní galaktická jádra, Jety

Chemické složení vesmíru

Astronomie. Astronomie má nejužší vztah s fyzikou.

Příklady Kosmické záření

Masarykova univerzita. Kinematika a dynamika galaxií

V říši galaxií. pouhýma očima na celé hvězdné obloze M31, SMC, LMC velké množství galaxií => každý má aspoň jednu ; (ultra)hluboký pohled do vesmíru

Obecná teorie relativity pokračování. Petr Beneš ÚTEF

Slunce zdroj energie pro Zemi

Reliktní záření a jeho polarizace. Ústav teoretické fyziky a astrofyziky

Vesmír. Studijní text k výukové pomůcce. Helena Šimoníková D

O původu prvků ve vesmíru

Pulzující proměnné hvězdy. Marek Skarka

NO Severní obloha podzimní souhvězdí

VY_32_INOVACE_FY.19 VESMÍR

Mezihvězdná hmota I. Mezihvězdný prostor není prázdný a je vyplněn mezihvězdnou látkou v různých podobách

Astronomie 3 pro učitele zeměpisu (geografie) a fyziky

Astronomie, sluneční soustava

Identifikace vzdělávacího materiálu VY_52_INOVACE_F.9.A.34 EU OP VK

VY_32_INOVACE_FY.20 VESMÍR II.

ZÁŘENÍ V ASTROFYZICE

Železné lijáky, ohnivé smrště. Zdeněk Mikulášek

Urychlování částic ve vesmíru aneb záhadné extrémně energetické kosmické záření

Typy galaxií. spirály a obláčky

Eta Carinae. Eta Carinae. Mlhovina koňské hlavy. Vypracoval student Petr Hofmann z GChD jako seminární práci z astron. semináře.

Měsíc přirozená družice Země

ČLOVĚK A ROZMANITOST PŘÍRODY VESMÍR A ZEMĚ. GRAVITACE

Jak se vyvíjejí hvězdy?

Fyzické proměnné hvězdy (intrinsic variable star)

Slapový vývoj oběžné dráhy. Michaela Káňová, Marie Běhounková Geodynamický seminář

Temná hmota ve vesmíru

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Základy Mössbauerovy spektroskopie. Libor Machala

Skalární a vektorový popis silového pole

TÍHOVÉ ZRYCHLENÍ TEORETICKÝ ÚVOD. 9, m s.

Jak se pozorují černé díry? - část 3. Astrofyzikální modely pro rentgenová spektra

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Elektronická podpora zkvalitnění výuky CZ.1.07 Vzděláním pro konkurenceschopnost

Jak se měří vesmír? RNDr. Jan May, Ph.D

Ukázkové řešení úloh ústředního kola kategorie GH A) Příklady

Stručný úvod do spektroskopie

Astronomie a astrofyzika

Einsteinových. podle množství. dá snadno určit osud vesmíru tři možné varianty

Geomagnetická aktivita je důsledkem sluneční činnosti. Pavel Hejda a Josef Bochníček

Masarykova Univerzita. galaxií

Exoplanety. Lekce 14 Lenka Zychová, Miroslav Jagelka

Astronomie jednoduchými prostředky. Miroslav Jagelka

Základy spektroskopie a její využití v astronomii

Batse rozložení gama záblesků gama záblesků detekovaných družicí BATSE v letech Rozložení je isotropní.

9. Geometrická optika

světelný tok -Φ [ lm ] (lumen) Světelný tok udává, kolik světla celkem vyzáří zdroj do všech směrů.

Světlo jako elektromagnetické záření

fotometrická měření jedna z nejstarších měření vůbec!

Balmerova série. F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3

Měření teplotní roztažnosti

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

v01.00 Messierův v katalog Ing. Neliba Vlastimil AK Kladno, 2004

Terestrické exoplanety. Co víme o jejich vnitřní struktuře?

Astrofyzika. 1. Sluneční soustava. Slunce. Sluneční atmosféra. Slunce Slunce planety planetky komety, meteoroidy prach, plyny

NAŠE ZEMĚ VE VESMÍRU Zamysli se nad těmito otázkami

10.1 Šíření světla, Fermatův princip, refrakce

1/38 Bouřlivý život hvězdných vysloužilců

1. Číselné posloupnosti - Definice posloupnosti, základní vlastnosti, operace s posloupnostmi, limita posloupnosti, vlastnosti limit posloupností,

Transkript:

Extragalaktická astrofyzika Hubblova ladička klasifikace galaxií Morfologie galaxií

Klasifikace galaxií Hubble předpokládal(nesprávně), že jednotlivé druhy galaxií, které pozorujeme jsou jednotlivé vývojové fáze galaxie Vytvořil tzv. Hubblovu posloupnost Galaxie jsou zde seřazeny podle stadia vývoje. Dnes se má za to, že se o žádné vývojové stadia galaxie nejedná jsou to různé druhy galaxií vzniklé každá specifickým způsobem.

Hubblova posloupnost Snaha určit fyzikální vlastnosti galaxií. Nutnost klasifikovat novou kolekci objektů (galaxií) podle jejich vnitřních charakteristik (galaktická "zoologie") (1926) Hubble navrhuje rozdělit galaxie do tří primárních kategorií, podle jejich celkového vzhledu. Toto morfologické klasifikační schéma je dnes známo jako Hubblova posloupnost.

Hubblova posloupnost Zdroj: WikimediaCommons

Hubblova posloupnost Eliptické galaxie (E) Spirální galaxie Normální spirální galaxie (S) Spirální galaxie s příčkou (Sb) Lentikulární galaxie (S0/Sb0) Nepravidelné galaxie (Irr) Galaxie Hubblova typu je galaxie z Hubblovy posloupnosti.

Hubblova posloupnost Původně Hubble interpretoval (nesprávně) svou posloupnost jako vývojovou posloupnost galaxií. Odtud také pochází označení galaxií na levé straně Hubblova diagramu (ladičky) jako rané typy a na pravé straně jako pozdní typy. Ve skutečnosti obsahuje každá kategorie galaxie vzniklé (pro danou kategorii) charkteristickým mechanizmem.

Eliptické galaxie Třídění galaxií v rámci skupiny eliptický galaxií je založeno na pozorované elipticitě galaxie kde α a β zdánlivé hlavní a vedlejší osy elipsy. Hubblův typ je pak označen v 10ε, např. pro ε =0.7 je eliptická galaxie označena E7. Zdánlivá elipticita nemusí dobře korespondovat se skutečnou elipticitou významnou roli hraje orientace elipsoidu vůči směru pohledu.

Eliptické galaxie A c β α b a B A B α β

Eliptické galaxie Absolutní velikosti B=-8 až -23. Hmotnosti M=107 Msol až 1013Msol Průměr D= desítky kpc až stovky kpc Obří eliptické galaxie patří k největším objektům ve vesmíru, zatímco trpasličí eliptické galaxie nejsou větší než typická kulová hvězdokupa.

Spirální galaxie Hubble rozdělil spirální galaxie do následujících podtříd: Sa, Sab, Sb, Sbc, Sc a SBa, SBab, SBb, SBbc, SBc

Obří eliptická galaxie ESO 325-G004.

Galaxie Větrník (Messier 101/NGC 5457): spiralní galaxie typu Scd v Hubblově posloupnosti.

Spirální galaxie s příčkou NGC 1300: typ SBbc.

Galaxie (Mléčná dráha)

Morfologie Galaxie

Morfologie Galaxie Tenký disk Hmotnost Průměr Vmax 5x1010 Msol 30 kpc 220 km/s Tlustý disk Hmotnost Průměr Vmax 5x109 1010 Msol (10% 20% MTD) 30 kpc 175 km/s Výduť Hmotnost Průměr 1.5x1010 Msol 2 kpc Hvězdné halo Hmotnost Průměr 4.5x108 Msol (3% MV) 40 kpc Temné halo Hmotnost Průměr 1012 Msol >100 kpc

Morfologie Galaxie Tenký disk Mladý zv 50 pc Odpovídá centrální rovině Galaktického prachu a plynu. Starý zthin 325 pc Tlustý disk zthin 1.4 kpc nthick 0.02 nthin

Morfologie Galaxie Hustota počtu hvězd (Tenký disk + Tlustý disk) kde je R radiální vzdálenost od centra, hr=3.5 3 kpc je délková škála disku a n0=0.02 hvězd/pc pro MV [4.5, 9.5].

Morfologie Galaxie Hustota luminozity starého tenkého disku kde je a z0=2 zthin a L0=0.05Lsol pc-3

Chemické složení Galaxie Dalším charakteristickým znakem galaktických komponent je jejich chemické složení Populace I Hvězdy bohaté na kovy se Z 0.02. Populace II Hvězdy s malým obsahem kovů se Z 0.001. Z je hmotnostní zlomek. Z = celková hmotnost kovů/celková hmotnost plynů.

Chemické složení Galaxie Důležitým parametrem odrážející chem. složení galaxie jepoměr Fe k H. Během výbuchu supernovy (zejména Typ Ia) je vrženo železo do okolního mezihvězdného média. Nové hvězdy tak mohou být vytvořeny s větším zastoupením železa než jejich předchůdkyně. Obsah železa by měl korelovat s věkem hvězdy (nejml. hvězdy mají největší relativní obsah železa).

Chemické složení Galaxie Poměr [Fe/H] je vyjádřen vzhledem k jeho hodnotě pro Slunce Pro velmi staré hvězdy je metalicita -4.5 a pro velmi mladé je metalicita rovna +1.

Chemické složení Galaxie Korelace mezi metalicitou a věkem nemusí dávat jednoznačné výsledky. Signifikantní počet supernov Ia se objevují 109 let po prvním formování hvězd. Smíchání mezihvězdného média s Fe (po výbuch SN Ia) nemusí být úplné. Lokální oblasti ISM mohou být obohaceny železem po 109 letech, zatímco jiné oblasti nemusí být obohaceny Fe ve stejné míře podle relace věk-metalicita budou oblasti bohaté na Fe produkovat zdánlivě mladší hvězdy než stejně staré oblasti s nižším obsahem Fe.

Chemické složení Galaxie Byla navržena druhá míra obohacení ISM založena na [O/H] (definováno analogicky jako v případě metalicity). Supernovy Typ II se objevují 107 let po první formaci hvězd produkují vyšší přebytky O vzhledem k Fe [O/H] je vhodná pro určování stáří galaktických komponent.

Chemické složení Galaxie Tenký disk Typické hodnoty [Fe/H] jsou v intervalech -0.5<[Fe/H]<0.3 Mladší Tlustý disk Typické hodnoty [Fe/H] jsou v intervalech -0.6<[Fe/H]<-0.4 Starší

Chemické složení Galaxie Odhadnutá celková hmotnost hvězd v disku je asi 6 1010Msol a 0.5 1010 Msol připadá na mezihvězdný prach a plyn. Celková luminozita těchto hvězd v modré oblasti je LB=1.8 1010Lsol Poměr hmotnost-světlo Galxie Tato veličina dává informaci o druhu hvězd zodpovědných za generování daného množství světla.

Chemické složení Galaxie Pro hvězdy hlavní posloupnosti je luminozita hvězdy v korelaci s její hmotností Kde α=4 pro hvězdy s hmotností nad 0.5 Msol, α=2.3 pro méně hmotné hvězdy.

Chemické složení Galaxie Za předpokladu, že většina hvězd v disku jsou z hlavní posloupnosti, lze odhadnout střední hvězdnou hmotnost Vezmeme-li α=4 pak <M>=0.7Msol celková luminozita je dominována hvězdami, které jsou o něco málo menší než Slunce.

Chemické složení Galaxie Tlustý disk má luminozitu v modré oblasti spektra LB= 2 108 Lsol (1% z LB tenkého disku). Jeho hmotnost je odhadnuta na 2 4 109 Msol (3% z Mthin) Celkový disk vykazuje spirální strukturu. Je jasně viditelná v B oblasti spektra (žhavé, jasné, mladé hvězdy) V červené oblasti spektra není spirální struktura tak výrazná (starší, lehčí hvězdy) Zdá se, že spirální ramena jsou spojena s postupnou formací hvězd a že starší hvězdy postupem času driftují pryč ze spirální struktury.

Morfologie Galaxie

Morfologie Galaxie

Morfologie Galaxie Galaktická výduť je další nezávislou komponentou Galaxie. Původně se myslelo, že výduť má sféroidální tvar. Poorováním proměnných hvězd Mira v oblasti výdutě naznačuje, že je to spíš příčka tvaru burského ořechu. Využitím dat z COBE, spolu s pozorováním RR Lyrae a obrů spektrální třídy M, bylo zjištěno, že variace v hustotě počtu hvězd ve výduti odpovídá vertikální rozměr 400 pc (podél její vedlejší poloosy). Poměr vedlejší poloosy ku hlavní je okolo 0.6

Morfologie Galaxie Povrchový jas výdutě se dá výjádřit výrazem kde je re efektivní poloměr a Ie je povrchový jas na re. re je formálně definováno jako poloměr ze kterého je vyzářena polovina z celkového světla výdutě. V případě naší Galaxie je re=0.7kpc.

Morfologie Galaxie Typy hvězd sídlících ve výduti reprezentuje interval metalicity -1<[Fe/H]<1 (se středem blízko 0.3). Tj. Obsahuje hvězdy bohaté na kovy i hvězdy s malým zastoupením kovů. To naznačuje, že výduť ubsahuje jak relativně mladé hvězdy (~109 let) tak i staré hvězdy (pozorováni RR Lyrae, ~12 109 let) které vznikly při iniciálním kolapsu Galaxie.

Morfologie Galaxie Hvězdné halo se skládá z kulových hvězdokup a polních hvězd (nejsou členy žádné kupy a vykazují velkou komponetu ryvhlosti kolmou na rovinu galaxie high velocity stars) Většina kulových hvězdokup a HVS je rozloženo v přibližně sférickém obalu nad a pod rovinou Galaxie. Podle Shapleyho jsou všechny kulové hvězdokupy rozmístněné přibližně sféricky kolem galaktického centra.

Morfologie Galaxie Existují dvě různé prostorové distribuce těchto systémů. Starší kupy, chudší na kovy [Fe/H]<-0.8 náleží k roprostřenému sférickému halu. Mladší kupy s [Fe/H]>-0.8 tvoří daleko plošší distribuci, která může být dokonce asociována s tlustým diskem.

Morfologie Galaxie Temné halo na svou existenci upozornilo plochým tvarem rychlostních křivek hvězd v disku Galaxie.

Morfologie Galaxie Temné halo se rozprostírá nejméně do vzdálenosti 100kpc od centra Galaxie. Podle gravutačního vlivu na viditelnou hmotu má halo distribuci hmoty ve tvaru kde a=2.8 kpc. Podle některých odhadů může být hmotnost temného hala ~ 1.9 1011Msol.

Morfologie Galaxie Složení temného hala je stále záhadou. Nemůže být ve formě mezihvězdného prachu (prozradila by jej extinkce) Nemůže to být ani plyn(to by se provilo v absobčních spektrech hvězd v hvězdném halu) Jedna možná třída kandidátů jsou tzv. WIMP (Weakly Interacting Mass Particles) Nebaryonický materiál neutrina(není jasné zda mají dostatečnou hmotnost) Možná se jedná o exotické dosud neobjevené částice.

Morfologie Galaxie Dalším kandidátem na materiál temného hala jsou tzv. MACHO(Massive Compact Halo Objects) Neviditelná hmota může být ve formě černých děr, červených nebo hnědých trpaslíků. Některé metody testování MACHO jsou založeny na ohybu světelných paprsků v gravitačním poli tělesa mezi zdrojem (hvězda, kupa) a pozorovatelem.

Morfologie eliptických galaxií Profil plošného jasu Jednorozměrný profil plošného jasu, I(R), eliptické galaxie je definován jako plošný jas jako funkce isopothální délky poloosy R. Pokud se polohový úhel poloosy mění s R, pak I(R) trasuje plošný jas podél křivky která spojuje průsečíky každé isophoty s její vlastní hlavní polosou. Sérsicův profil kde je n Sérsicho index, Re je efektivní poloměr ze kterého je vyzářena polovina celkového světla, Ie=I(Re).

Morfologie eliptických galaxií Plošný jas obřích eliptických galaxií je dobře fitován de Vaucouleursovým profilem, což je Sérsicův profil s n=4. Pro slabé trpasličí galaxie je n 0.5. Pro nejjasnější eliptické galaxie je n 10.

Morfologie eliptických galaxií Isophotální tvary Isophoty jsou běžně fitovány elipsou, charakterizovány poměrem b/a (ε =1-b/a) a pozičním úhlem. Pro normální E galaxie je poměr v intervalu 0.3 b/a 1 E0 E7 Poziční úhel se taky může měnit s R zkroucení isophoty Detailní modelování plošného jasu ukazuje, že jejich isophoty nejsou obecně přesně eliptické.

Morfologie eliptických galaxií Odchýlení od perfektní elipsy je kvantifikováno Fourierovskými koeficienty funkce kde Riso je radius isophoty pro úhel φ a Rell je radius elipsy pro stejný úhel. Typicky uvažujeme elipsu, která nejlépe fituje danou isotophu tak, že koeficienty a0,a1,a2,b1 a b2 jsou kozistentní, v rámci chyby, s 0. Odchylka od této nejlépe fitované izotophy je vyjádřena Fourierovskými koeficienty vyššího řádu, n 3.

Morfologie eliptických galaxií Zvláště významný je koeficient a4 a4>0 izophoty mají "diskovou formu" (disky) a4<0 izophoty mají "kvádrovitou formu" (boxy)

Morfologie eliptických galaxií Ukazuje se, že boxy eliptické galaxie jsou jasné a rotují pomalu a vykazují silnější (nadprůměrnou) emisi záření X; zatímco disky eliptické galaxie září slaběji, více rotují a vykazují malou nebo žádnou emisi záření X a rádiového záření. Barvy Eliptické galaxie jsou většinou červené, což indikuje, že jejich hvěydy patří ke starším, na kovy bohatým hvězdám. Jejich barva je v silné korelaci s luminozitou tak, že jasnější galaxie jsou červenější.

Morfologie eliptických galaxií Kinematické vlastnosti Obří eliptické galaxie mají malé rotační rychlosti. Observačně to lze charakterizovat poměrem vm/σ, kde je vm maximální pohyb v ose pohledu, σ je střední hodnota disperze rychlosti v ose pohledu vztažená k Re/2. Tento poměr podává informaci o relativní důležitosti uspořádaného a náhodného pohybu v galaxii. Pro izotropní, zploštělé galaxie (zploštělé centrifugální silou) je

Morfologie eliptických galaxií Jasné galaxie (prázdná kolečka) mají poměr vm/σ pod výše zmíněnou relací (křivka). To naznačuje, že jejich zploštění musí být dáno spíše anizotropními rychlostmi než rotací. Naproti tomu eliptické galaxie se střední luminozitou (plná kolečka) mají tento poměr konzistentní se zploštěním kvůli rotaci. (Zdroj Galaxy formation and evolution, 2010)

Morfologie eliptických galaxií Plyny a prach Původně se mělo za to, že eliptické galaxie neobsahují žádný prach ani plyny. Dnes se zdá jasné, že eliptické galaxie obsahují signifikantní množství mezihvězdného média, které je co do charakteru odlišné od toho ve spirálních galaxiích. Ve velmi jasně zářících galaxiích dominuje v interstelárním médiu žhavý ( ~ 107 K) plyn emitující záření X, k celkové hmotnosti galaxie přispívá ~1010 Msol Mnoho eliptických galaxií obsahuje malé množství horkého ionizovaného plynu (~104K, 102 104 Msol) a studeného (<100K, 106 108 Msol) plynu a prachu.