Astronomia pozagalaktyczna Wykład 2016/2017

Transkrypt

1 Astronomia pozagalaktyczna Wykład 2016/2017 Literatura: Shu Galaktyki, gwiazdy, życie (Prószyński 2003) mj: Galaktyki i Wszechświat (PWN 1993); Weinberg Pierwsze 3 minuty (Prószyński 1998) Zaliczenie: obecność >=(N-3)razy na ćwiczeniach + sprawdzian pisemny (kwiecień/maj) +egzamin pisemny + ustny Punktacja pomocnicza: 15 minus liczba nieobecności + 3*5 (kolokwium max) + 3*10 (pisemny max)

2 Galaktyki (morfologia i inne próby charakterystyki)

3 Curtis i Shapley 1920 Heber D. Curtis Mgławice spiralne są układami gwiazd równoważnymi Drodze Mlecznej Mgławice spiralne należą do Galaktyki Harlow Shapley

4 Hubble 1924 Cefeidy w Wielkiej Mgławicy Andromedy: odległość do M31 jest większa niż [nawet przypisywane jej przez Shapleya] rozmiary Galaktyki. =>Wszechświat wyspowy =>astronomia pozagalaktyczna Edwin Hubble

5 Galaktyki grawitacyjnie związane układy gwiazd, gazu, pyłu i ciemnej materii o rozmiarach rzędu kpc Mpc, liczebności gwiazd 10^7-10^12 Katalog Messiera: 39/109 New General Catalog 3200/7840 Index Catalog 2400/5836 Shapley-Ames 1249 (m<13) SDSS DR10(spek.)~1,88 mln gal./ st.kw. SDSS DR9(fot.) ~208 mln gal. Galaktyki m<17.5 ok. 5x10^5 Galaktyki m<23 ok. 10^9 (więcej niż 1 gal/kwadr.min.łuku)

6 Galaktyki A galaxy is a gravitationally bound collection of stars whose properties cannot be explained by a combination of baryons and Newton s laws of gravity. Rozrzut zawartości żelaza w gwiazdach jest miarą głębokości studni potencjału grawitacyjnego tylko dostatecznie silne pole grawitacyjne utrzyma produkty wybuchów SN. Gromady kuliste są jaśniejsze od niektórych ultrasłabych galaktyk karłowatych w otoczeniu Drogi Mlecznej. Najwyraźniej nie zawierają ciemnej materii. [Willman&Strader, 2012, arxiv: ]

7 Prawo Hubble'a Prawo Hubble'a jest dobrym przybliżeniem dla 3000km/s <v<30000km/s. {większe z} ==> {większe d} zawsze poprawne

8 Klasyfikacja Hubble a Klasyfikacja opiera się na widomych cechach budowy [wg: Realm of the Nebulae, Hubble, 1936]

9 Morfologia a rzutowanie Ta i wiele podobnych ilustracji bądź ich fragmentów wg [Buta arxiv: Planets, Stars, and Stellar Systems, Vol. 6]

10 ... i jedna z późniejszych modyfikacji

11 De Vaucouleurs:

12 Inne schematy

13 Klasyfikacja aktywności

14 Eliptyczne: zwykłe E bez dod struktury oraz E+ mogące posiadać rozległe słabe otoczki lub być formami przejściowymi do S0- [Buta...]

15 Profile jasności mogą być w centrum,,spłaszczone'' (core missing light boxy) lub pozostawać potęgowymi, o tym samym nachyleniu (coreless extra light disky) Różnice związane z historią tworzenia?

16 S0: bulge + disk + no spiral arms Soczewkowate S0 S0/a bez poprzeczki (A) lub z (B) [Buta...]

17 Spiralne (a c) i nieregularne z elementami struktury spiralnej (d m); bez poprzeczki (A) lub z poprzeczką (B) [Buta...]

18 Ciągłość form: brak poprzeczki (A) poprzeczka (B); obecność pierścienia (r) jego brak (s) [Buta]

19 Zewnętrzny rezonans Lindblada ( mech niebieska) schematycznie i na zdjęciach. [Buta...]

20 NGC 4486/M87 (E0)

21 NGC 4710 (S0)

22 Spiralne ( łatwe przypadki)

23 NGC 224 / M31 (Sb),,Andromeda

24 NGC 5194 / M51 (Sc)+NGC5195 Rysunek Lorda Rosse, odkrywcy struktury spiralnej (1845)

25 NGC 5194 / M51 (Sc)

26 S/Im

27 Wielki Obłok Magellana (SBm)

28 Mały Obłok Magellana (Im)

29 NGC 6822 (Im)

30 Galaktyki karłowate Gal. dsph (Fornax) Gal. de Gal. dsph (Leo )

31 Galaktyki karłowate nieregularne Sextans dwarf Pegasus dwarf IC 5152

32 Blue Compact Dwarfs niewielkie rozmiary wysoka jasność pow. mało pyłu gwałtowne tworzenie gwiazd w krótkich epizodach?

33 ULIRG (UltraLuminous InfraRed Galaxies) L > 10^12 L_sun Pył dominacja IR silnie zakłócone jądra starburst / zderzenia / jądro? Arp 220 (HST) ULIRG jako efekt zderzenia

34 Starburst Galaxies LAE J (Subaru) bardzo odległa NGC1808 (HST) okresy gwałtownego tworzenia gwiazd w otoczeniu centrum dominacja M > 8M_sun duży udział w bilansie energii galaktyk

35 Lyman Break Galaxies To raczej technika wykrywania galaktyk o dużym przesunięciu ku czerwieni Przy z>2.5 to co mogłoby trafić do U jest już przesunięte do G ( wydłużone >3.5 raza ) (3.5*1216=4256)

36 Zderzające się galaktyki

37 Oddziaływanie galaktyk

38 Efekt oddziaływania/ łączenia się galaktyk

39 Ochotnicy w liczbie 300 tys przejrzeli katalog SDSS. Znaleźli 3373 przypadki widocznego oddziaływania galaktyk; 6 z nich powyżej.

40 Pole Hubble a (fragment) efekt bardzo długiej ekspozycji Teleskopu Kosmicznego

41 Carpeti I in. (2011) arxiv: ; W katalogu oddziaływań udział gal. Seyferta jest jak w grupie kontrolnej. Po zderzeniowy katalog sferoid zawiera 30 obiektów. W nim gal. Seyferta stanowią znaczącą część.

42 Różne miary skutków oddziaływań (asymetria, nieregularność, widoczne łączenie) versus aktywność przy z~0.7. Łączenie może być przyczyną <6% przypadków aktywności. Chyba, że skutek jest opóźniony na tyle, że w czasie aktywności łączenie nie jest już obserwowalne... [Villforth et al arxiv: ]

43 Morfologia a inne właściwości Widma jakościowo Widma ilościowo Wskaźniki barwy Jasność powierzchniowa Rozmiary Stosunek M/L [źródło: Millennium Galaxy Catalogue (MGC) Driver i in. 2006, astro-ph/ i wcześniejsze]

44 Widma: gal. E

45 Widma: gal. S

46 Widma: gal. Irr

47 Uśrednione widmo dla galaktyk M_bj > -18mag z MGC

48 Algebraiczna analiza widm Widmo (teoretycznie ciągła funkcja długości fali) można przybliżyć (np) ciągiem uśrednionych wartości w kolejnych,,wąskich'' przedziałach. Początkowo tego typu zabiegi miały na celu,,kompresję danych'' Ronen, Aragon-Salamanca i Lahav 1999 (MN 303,284): wybierając niewielką liczbę (~25),,astrofizycznie interesujących'' widm bazowych ( principal components ) można dokonać analizy właściwości obiektów na podstawie algebraicznego rozkładu Podobnie jak w przypadku gwiazd względne natężenia linii widmowych mają duże znaczenie

49 Główne składowe widm 1 i 2 (principal components) Kombinacja (b) jest podstawą jednowymiarowej (par. eta) klasyfikacji widm opartej na ważności emisji/absorpcji

50 Parametr eta mierzymy wzdłuż przerywanej niebieskiej linii łączącej obszary silnej absorpcji i silnej emisji. Odpowiada to kombinacji 0.5*pc_1-pc_2

51 Rozkład eta i związek z typem T

52 Typowe widma dla czterech przedziałów eta

53 Widma w kontinuum dla wybranych typów morfologicznych Pokazano używany przez SDSS układ filtrów u-g-r-i-z (wg MGC)

54 Dopasowanie do rozkładu jasności powierzchniowej 1 parametr (n) określa kształt zależności (Sersic)

55 (MGC)

56 Funkcja świecenia galaktyk

57 Funkcja świecenia a otoczenie

58 Funkcja świecenia wg SDSS

59 Relacja kolor - jasność wg SDSS

60 Rozkład mas galaktyk wg SDSS

61 Metaliczność gromad kulistych jasność galaktyk Brodie & Strader (2006) ARAA, 44, 193

62 Wpływ barwy na LF wg MGC

63 Wpływ typu i widma liniowego na LF

64 Ewolucja funkcji świecenia (dla LB gals) Obserwacje wciąż skąpe. Między z=4 a z=3 PRZYBYWA słabych galaktyk. Przyczyny -??? (Sawicki i Thompson 2005, astro-ph/ )

65 Ewolucja funkcji świecenia - IR Spitzer Observatory +HST +Antu (Caputi i in. 2007, astro-ph/ )

66 Synteza populacji Ewolucja gwiazd ~zrozumiana Prosta populacja (PP)= zbiór gwiazd o zadanej pocz. funkcji mass i metaliczności, o tym samym wieku Ewolucja PP ~łatwa==> syntet. widma Problem: mgławice emisyjne, ekstynkcja [np.: Bruzual, Charlot (2003) MN,344, 1000]

67 Przybliżona degeneracja metaliczność - wiek

68 Zależność widm od wieku. (UV znosi degenerację)

69 Rozkład metaliczności i wieku w funkcji sum. masy gwiazd galaktyk z SDSS-DR2 [Gallazzi i in. (2005) MN 362, 41] dla

70 Historia Obserwacje galaktyk we wczesnej fazie skąpe! Analiza widm, wyróżnienie ~25 char. składników ==> możliwość rozkładu galaktyki na sumę prostych populacji o znanych metalicznościach/wieku [Podejście algebraiczno archeologiczne] Główna informacja SFR(t) dla gwiazd dzisiaj należących do galaktyki

71 Ewolucja SFR Wg Hopkins i Bacon (2006)astro-ph/

72 Ewolucja SFR Wg Karim & Schinnerer (2011)arXiv:

73 Obserwacje pierwszych dużych galaktyk Nowa (>2009) kamera WFC3/IR teleskopu Hubble'a pozwala szybko wyszukiwać Lyman-break galaxies, wśród nich też te o z>6. Ocena mocy źródeł UV zyskuje realne podstawy

74 Najdalsza galaktyka (z~10) [Bouwens i in. (2011) Nature, 469, 504] 1 tylko galaktyka o z~10 wykryta w HUDF pozwala ocenić/ograniczyć tempo powstawania gwiazd w ~480 mln lat po WW. Jest ono ~10 razy mniejsze niż przy z~8, ~200 mln lat później.

75 HUDF 2012 (128 orbit HST, najgłębszy jak dotąd) [Ellis et al. (2013) ApJ, 736, L7] HUDF kampania 2012; SFR dla 8.5<z<12. Dla z=10 ocena jest ~4 razy wyższa niż 2 lata wcześniej. Obiekt przy z=12 niepewny/wątpliwy (Keck: to może być widmo nawet przy z=2-3; hipoteza z~12 trudna do weryfikacji.).

76 Kumulacja gwiazd... i zawartych w nich metali [Hopkins i Bacon ibid ]

77 Kumulacja gwiazd [Panter i in (2006) astro-ph/ ]

78 Rozdział gwiazd pomiędzy galaktyki Przy z=1 większość gwiazd była w S obecnie w E/S0 [Great Observatories Origins Deep Survey] Bundy i in. (2005) astro-ph/

79 Ewolucja SFR (tempa powstawania gwiazd) różne symbole: wyniki oparte na ocenach SFR dla obiektów o dużym z zacieniowane: oparte na analizie widm stosunkowo bliskich galaktyk SDSS Wg: Panter, Heavens & Jimenez (2003) MNRAS, 343, 1145

80 Ewolucja SFR w galaktykach różnych mas Wg: Heavens, Panter, Jimenez & Dunlop(2004) Nature, 428, 625

81 Ewolucja SFR w galaktykach różnych mas Możliwy scenariusz powstawania gwiazd w galaktykach różnych mas, w różnych środowiskach [Renzini (2006) ARAA, 44, 141 za: Thomas(2005)]