Sterrenstelsels 2005-2006
Docent: Paul Groot & Gijs Nelemans
• Overzicht inhoud college• Studiewijzer• Colleges op maandag en donderdag• Hoorcollege + werkcollege opgaven• Galaxies in the Universe: An Introduction Sparke & Gallagher (2000)
Melkwegstelsel NGC1232
It is happening now!
• Instrumentele ontwikkeling• Waarnemingen complete electromagnetische spectrum• Bepaling Hubble constante H0 = 72 3 km/s per Mpc• Oerknalmodel - 3K achtergrondstraling - Hubble expansie - Kosmologische constante• Evolutie melkwegstelsels: botsingen• Zwaartekrachtslensen• Gamma-ray bursts
Very LargeTelescope
Hubble SpaceTelescope
Hubble Deep Field
Vele onbeantwoorde vragen
• Hoe worden melkwegstelsels gevormd, met name ons eigen Melkwegstelsel, en hoe evolueren ze?• Wat zijn de bestanddelen en fysische eigenschappen van een melkwegstelsel? - Bevindt zich in de kern van ieder stelsel een enorm zwart gat? - Wat is de fysische aard van de donkere materie? - Welk proces is verantwoordelijk voor de vorming van (balk)spiralen? - Hoe worden (de eerste) sterren gevormd?• Wat bepaalt het onderscheid tussen de verschillende melkwegstelsels?• Hoe zit het met de structuur van het heelal op grote schaal?
Ontwikkeling van het wereldbeeld
• Melkweg: “galaksias” (Grieks) “via lactae” (Latijn) Ptolemaeus (87-150) Almagest• Renaissance: Heliocentrisch wereldbeeld Copernicus (1473-1543) Brahe (1546-1601) Kepler (1571-1630)• Uitvinding telescoop 1608 (Van Lippershey) Galilei (1564-1642) - ontdekking manen van Jupiter - melkweg bestaat uit duizenden zwakke sterren
Ontwikkeling van het wereldbeeld (II)
• Sterren zijn objecten als onze Zon Huygens (1629-1695) vergelijkt Sirius met de Zon: 28.000 maal verder weg (1/20e van de echte waarde)
• Sterren roteren onder zwaartekracht in enorm afgeplat stelsel Kant (1724-1804) Algemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels
• Nevels zijn “eiland universa”, net als ons Melkwegstelsel Kant, Messier (1730-1817)
William Herschel (1738-1822)
• Ontdekker Uranus• Parallax niet gemeten, wel geprobeerd• Meet apex beweging (~20 km/s)
parallax
arcsecin en
parsecin met /1
dd
Bessel (1839): 61 Cyg = 0.3”
• Stertellingen in ca. 130 velden in een vlak loodrecht op de melkweg: 80 eenheden naar polen 450 eenheden in het vlak
100 miljoen sterren Zon * in centrum afwijking (rechts) in richting Scorpio (extinctie)
Jacobus Cornelis Kapteyn (1851-1922)
• Opgave: herleid de sterdichtheid als functie van de afstand uit de verdeling van sterren over hun schijnbare helderheid in een bepaalde richting
• Benodigd: intrinsieke helderheids- verdeling van sterren Lichtkrachtfunctie
• Methode: statistische aanpak; de gemiddelde eigenbeweging van sterren neemt af met de afstand
Kapteyn (1922): Sterrenstelsel heeft straal van 3000 pc en een dikte van 1000 pc; de Zon bevindt zich op 650 pc van het centrum
Shapley (1885-1972):Afstand tot centrummelkweg bedraagt13.5 kpc in de richtingvan Sagittarius
Verdeling van bolhopen
Edwin Hubble (1889-1953)
Edwin Hubble bij de 48 inchTelescoop op Mount Palomar
• Grootste telescoop: 100 inch Mount Wilson• Ontdekt (1924) afzonderlijke sterren in Andromeda (M31) en M33: Cepheiden afstand 2 x 106 lichtjaar• Spectra van vele sterrenstelsels roodverschuiving - Melkwegstelsels bewegen van elkaar weg - v = H x r • Classificatie sterrenstelsels
Lindblad (1895-1968) en Jan Oort (1900-1992)
Jan Oort
• Kapteyn: “sterstromen”• Lindblad en Oort (1927): gevolg van differentiele rotatie van ons Melkwegstelsel “plaatje” Melkwegstelsel
Snelheden interstellair waterstof gasworden gemeten met nieuwe radiotelescopen; hier de opening van de25m telescoop in Dwingeloo doorKoningin Juliana
Overzicht inhoud colleges
• Sterren: de galactische bouwstenen• Structuur van het Melkwegstelsel
• Melkwegstelsel als onderdeel Lokale Groep• Spiraalstelsels, elliptische stelsels, etc.• Bijzondere melkwegstelsels (AGN, quasar, etc.)• Grote-schaal structuur
Orion
LMC + SMC
Sterren: de galactische bouwstenen
Open sterrenhoop:De Pleiaden
• Eigenschappen van sterren (L, T, R, M, …)• Bouw en evolutie van sterren• Sterrenhopen• Afstandsbepaling (parallax, Cepheiden)
Ons Melkwegstelsel
Bolhoop M3 M31
• Verschillende componenten: schijf, bulge, halo, bolhopen• Sterpopulaties• Lichtkracht- en massafunctie• Interstellaire medium en extinctie
Melkwegstelsels in een expanderend heelal
Hubble classificatie schema Wet van Hubble
• Verschillende soorten melkwegstelsels• Expansie: wet van Hubble• 3K achtergrondstraling• Van oerknal tot nu• Simpele heelalmodellen
Galactische rotatie en Melkwegcentrum
• Constanten van Oort• Rotatiecurve: donkere materie• Gas in schijf en buitengebieden Melkweg• Een zwart gat in het centrum van onze Melkweg
De banen van sterren
• Beweging onder invloed van de zwaartekracht• Viriaaltheorema en viriaalmassa• Dynamische relaxatie• Spiraalstructuur• Snelheidsdispersie
0.2
xFPEKE ext
Viriaaltheorema:
De Lokale Groep
• Satellieten van de Melkweg• Spiraalstelsels, dwergstelsels• Chemische evolutie• Vorming en toekomst Lokale Groep
Spiraalstelsels en S0 stelsels
• Gasbeweging en massa• Tully-Fisher relatie• Spiraalarmen en bars• Bulges en kernen• Groepen• Botsingen en mergers
Elliptische stelsels• Fotometrie• Sterbewegingen• Fundamental plane• Donkere materie en zwarte gaten• Clusters
Cen A
Abell 1689
Grote-schaal structuur
• Clusters, walls, voids• The Great Attractor • Expansie homogeen heelal• Supernovae Type Ia, WMAP en de kosmologische constante
Actieve melkwegstelsels
M87
• AGN, Seyfert, radio stelsels• Synchrotron emissie• Starburst galaxies• Superluminal motion, jets• Zwarte gaten
Cartwheel
Quasar absorptie lijnen
• Quasars• Damped Lyman alpha systems, Lyman alpha forest• Gamma-ray bursts