Budowa Galaktyki. Materia rozproszona Rozkład przestrzenny materii Krzywa rotacji i ramiona spiralne

Transkrypt

1 Budowa Galaktyki Materia rozproszona Rozkład przestrzenny materii Krzywa rotacji i ramiona spiralne

2 Gwiazdy w otoczeniu Słońca

3 Gaz międzygwiazdowy Hartmann (1904) Delta Orionis (gwiazda podwójna) obserwowana przez Hartmanna. Obok okresowo zmieniających położenia dwóch układów linii widmowych powstających w atmosferach gwiazd, są jeszcze linie nie zmieniające się okresowo. (Tego rysunek dobrze nie ilustruje). Linie te powstają w obłokach gazu na linii widzenia.

4 Mgławice emisyjne (HII) Mgławica Rozeta (NGC 2237). Młode gwiazdy oświetlają obłok, który pochłania jonizujące promieniowanie UV, a jego atomy emitują fotony o widmie liniowym. Ten obłok może zawierać ~ M_sun gazu.

5 Mgławice emisyjne (HII) Powstawanie widma liniowego w obłoku o temperaturze ~10000 K, niewielkiej gęstości, oświetlanego promieniowaniem jonizującym (schemat)

6 Mgławice planetarne NGC Mechanizm emisji jak w obszarach HII, ale źródłem UV jest gorący biały karzeł (w tym przypadku T~ K).

7 Obłoki HI Struktura nadsubtelna atomu wodoru ==> możliwe promieniowanie na fali 21 cm

8 Obłoki HI Przyjmując iż linia ma szerokość 10^5 Hz, a źrodło jest w odległości 1 kpc (3000 lat św.) otrzymalibyśmy strumień energii 0.3 Jy (1 Jy = 10^{-26} W/m^2/Hz). Pomiary ~1mJy są w radioastronomii typowe.

9 Obłoki HI

10 Obłoki HI Obserwacje emisji na fali 21 cm w dwóch obszarach nieba. Emitujące obłoki poruszają się z różnymi prędkościami względem obserwatora, o czym przekonują precyzyjne pomiary położenia linii.

11 Obłoki HI Przykładowe kształty linii 21 cm. Zawierają informację o ilości I prędkości (ale NIE odległości) neutralnego wodoru wzdłuż linii widzenia.

12 Cząsteczki Obecność powyższych cząsteczek w przestrzeni międzygwiazdowej jest faktem obserwacyjnym. Ich detekcja w dziedzinie radiowej lub mikrofal wiąże się z obserwacją przejść rotacyjnych. Powstawaniu sprzyjają promienie kosmiczne (jonizacja atomów). Powierzchnie ziaren pyłu mogą służyć za miejsce kondensacji oraz reakcji chemicznych.

13 Gromady gwiazdowe NGC 265 (otwarta) M 22 (kulista)

14 Pył międzygwiazdowy (Trumpler, 1930) Dla otwartych gromad gwiazdowych odległości można szacować na 2 sposoby, zakładając iż jest to klasa podobnych do siebie obiektów. (L, D niewielki rozrzut) Pochłanianie światła psuje proporcjonalność pomiędzy dwoma miarami odległości.

15 Pył międzygwiazdowy Nick Strobel's Astronomy Notes Pochłanianie światła jest skutkiem obecności (nieregularnie rozmieszczonych) obłoków pyłu. Ziarenka pyłu mają rozmiary nieco mniejsze od długości fal w niebieskiej części widma i są optycznie bardziej aktywne dla światła o krótszych falach (nadfiolet, niebieskie) niż dla fal dłuższych (światło czerwone, podczerwień)

16 Pył międzygwiazdowy ESO Ciemna mgławica Barnard 68 Mgławica refleksyjna IC 349 w Plejadach

17 Pole magnetyczne

18 Pole magnetyczne

19 Materia międzygwiazdowa Gaz neutralny: linie absorpcyjne w widmach gwiazd, emisja fal radiowych 21 cm Gaz zjonizowany: mgławice emisyjne Cząsteczki Pył: ekstynkcja+poczerwienienie, mgławice ciemne, mgławice refleksyjne Pola magnetyczne: polaryzacja światła w obecności pyłu

20 Droga Mleczna

21 Droga Mleczna

22 Droga Mleczna Figure 4 from On the Construction of the Heavens, W. Herschel (1785) Phil.Trans. R.Soc. London, 75, 213 ' Herschel: jak daleko sięga obszar,,zajęty'' przez gwiazdy w różnych kierunkach? (Oparte na zliczeniach gwiazd, bez uwzględniania ekstynkcji) Współczesna interpretacja: de facto model ilustruje wpływ pochłaniania na,,głębokość wglądu''

23 Droga Mleczna Shapley (~1917): rozkład gromad kulistych w przestrzeni. (3D, więc pochłanianie nie ma wielkiego znaczenia). Odległości: zależność P-L dla gwiazd typu RR-Lyrae. Słońce nie jest w centrum Drogi Mlecznej

24 Droga Mleczna Mapa rozkładu HI (21 cm) Jasne gwiazdy w otoczeniu Słońca

25 Droga Mleczna Związki pomiędzy składem chemicznym, rozkładem przestrzennym, prędkościami i wiekiem gwiazd Galaktyki

26 Droga Mleczna Jan Oort (~1925) względne ruchy gwiazd w otoczeniu Słońca: Różniczkowa rotacja Galaktyki

27 Droga Mleczna Metoda pomiaru prędkości rotacji Drogi Mlecznej wewnątrz orbity Słońca (21 cm) ==>mapa rozkładu HI w dysku

28 Droga Mleczna Krzywa rotacji Drogi Mlecznej (schemat/szczegóły). Obecnie przyjmuje się, że Słońce okrąża centrum Galaktyki z prędkością 220 km/s, dokonując obiegu w ciągu 230 mln lat

29 Ramiona spiralne Ramiona spiralne nie mogą być tworem materialnym to pewien wolno zmienny kształt obszaru, w którym widzimy więcej [coraz to innych] gwiazd

30 Fale gęstości Wewnątrz promienia korotacji materia porusza się szybciej od konturów potencjału grawitacyjnego

31 Fale gęstości Symulacje: zimna materia międzygwiazdowa jest zagęszczana przy przejściach przez minima spiralnego potencjału grawitacyjnego

32 Fale gęstości

33 Fale gęstości Spiralne zaburzenie potencjału sprzyja zagęszczaniu się gazu I pyłu w okolicach jego minimów W,,gigantycznych obłokach molekularnych'', wskutek niestabilności grawitacyjnej powstają gwiazdy Najjaśniejsze, posiadające największe masy I świecące niebieskim światłem gwiazdy kończą ewolucję w ciągu kilku milionów lat nie oddalając się od miejsca powstania Ramiona spiralne są więc miejscem powstawania wszystkich gwiazd dysku I miejscem gdzie można spotkać gwiazdy największych mas. Gwiazdy małych mas (jak Słońce) ewoluują przez miliardy lat dokonując wielu obiegów Galaktyki I można je znaleźć w dowolnym położeniu. Słońce (nie po raz pierwszy) przechodzi obecnie przez ramię spiralne

34 Droga Mleczna w nawiązaniu do teorii formowania galaktyk Gwiazdy tzw Populacji II powstały (zapewne) jeszcze przed uformowaniem się Galaktyki, w dużo mniejszych galaktykach karłowatych, które łączyły się ze sobą Gwiazdy Populacji I wciąż powstają w ramionach spiralnych dysku. Materia rozproszona dysku zawiera produkty ewolucji gwiazdowej z galaktyk małej masy, wzbogacone przez lokalną ewolucję gwiazd. Obecny dysk powstał zapewne w zderzeniu galaktyk porównywalnych mas. Ich gaz miał wypadkowy moment pędu względem środka masy, co wyróżniło płaszczyznę dysku Małe ilości gazu mogą w zderzeniach dołączać do dysku