AST1010 – En kosmisk reise Forelesning 18: Galakser og galaksehoper

Innhold Klasser av galakser: elliptiske, spiraler og irregulære Egenskaper – antall, oppbygging. Spiralarmene – hvordan de dannes. Galaksehoper og superhoper. Vegger og hulrom. Galaksekollisjoner. Mørk materie i galakser og galaksehoper. Aktive galaksekjerner 2

AST Galakser3

4 Hubbles klassifikasjon av galakser Spiralgalakser – vanlige spiraler og stangspiraler Elliptiske galakser Irregulære galakser Hubbles ”stemmegaffeldiagram”

5 Stemmegaffeldiagrammet

6 Spiralgalakser: Sa, Sb og Sc Sa Sb Sc

7

AST Galakser8 Stangspiraler – typer SBa, SBb og SBc

9 Elliptiske galakser -Klassifisert etter utseende – men ser vi korrekt flattrykning? Reelle forskjeller selv om graden av flattrykning ikke alltid kan avgjøres for en individuelt observert galakse I hovedsak Pop. II-stjerner – lite gass og støv - I hovedsak Pop. II-stjerner – lite gass og støv - Dekker et område i størrelse fra de største til de minste galakser

AST Galakser10 M 87 er en kjempestor elliptisk galakse. Den ligger i sentrum av Virgohopen, en sverm eller hop av galakser. Galakser sentralt i hoper er ofte meget massive.

11

12 M82 er en irregulær galakse – ingen struktur i synlig lys (t.v.) I infrarød stråling (t.h.) ser vi at galaksen har skyer av gass og støv samt aktivitet som kaster ut gass fra kjernen.

13 Store Magellanske Sky – LMC en satellitt til Melkeveien Lille Magellanske Sky – SMC LMC og SMC er begge på den sydlige halvkulen 

14 Antall og former Galaksetype I universet Nær oss Spiral 77% 34% Elliptisk 20% 13% Irregulær 3% 54% Trolig er de fleste galakser irregulære De irregulære galaksene er små og lyssvake Mange små elliptiske galakser – disse også trolig underrepresenterte

15 Masser - lysstyrker - størrelser Spiral Elliptisk Irregulær Masse* 10 9 – 4x – – 3x10 10 (Sola = 1) Lysstyrke 10 8 – 2x x10 5 – – 10 9 (Sola = 1) Størrelse 15x10 3 – 8x10 5 3x10 3 – 6x10 5 3x10 3 – 3x10 4 (Lysår) ____________ * Massetallene gjelder andelen av massen som finnes i stjerner og inkluderer ikke mørk materie

16 Stjerner – gass - dynamikk Spiraler Elliptiske Irregulære Unge og gamle Bare gamle Både gamle stjerner i skive; stjerner og unge stjerner bare gamle i halo Gass og støv i Lite eller ikke Svært mye gass skiva, ikke noe noe gass eller og støv gass/støv i halo støv Stjerner dannes Ikke nevneverdig Livlig dannelse i spiralarmene stjernedannelse av nye stjerner Stjerner i bane Stjerner i vilkårlige Stjerner har helt i skiven, kaotiske baner i tre dimen- irregulære baner baner i halo sjoner

AST Galakser17 Opptvinning av spiralene

18 Spiralarmenes natur Armene består av de sterkest lysende stjernene, altså O- og B-stjerner, og av HII-områder, gass ”oppvarmet” av slike stjerner Stjerner utenom typer O og B fordeler seg jevnt i hele galakseskiva Konsentrasjonen av stjerner i armene er bare 5% høyere enn mellom armene En teori for dannelsen av spiralarmer: Tetthetsbølger.

19

Tetthetsbølgeteorien Spiralmønsteret er en tetthetsbølge som roterer med konstant vinkelhastighet. I det indre av galaksen beveger stjerner og gass seg med høyere vinkelhastighet enn bølgen. I det ytre av galaksen beveger de seg langsommere enn bølgen. P.g.a tyngdekrefter vil stjerner bevege seg raskere når de nærmer seg bølgen, langsommere når de beveger seg ut av den. Resultat: Tilbringer mer tid i bølgen, ser dette som en økt tett. Når gass beveger seg inn i bølgen kan økt tetthet føre til kollaps og stjernedannelse. Hva starter bølgen/holder den i gang?

Fra

22 Hoper og superhoper av galakser Galaksehoper – galactic clusters – den lokale gruppen – regulære galaksehoper: sfærisk i fasong, konsentrerte mot sentrum – irregulære galaksehoper: mer vilkårlig spredning av galaksene i hopen Superhoper – superclusters – vår lokale superhop inkluderer hoper ut til Virgohopen ~ 50 millioner lysår unna Hulrom og vegger – voids and walls – de største strukturene

AST Galakser23

AST Galakser24

AST Galakser25

AST Galakser26 Comahopen – en typisk stor galaksehop

AST Galakser27

millioner galakser

29 Galaksekollisjoner Det er vanlig at galakser kolliderer med hverandre – Som ventet, da de er store og nær hverandre i forhold til størrelsen – Galaksekollisjoner kan gi ”starburst” i en kolliderende galakse – områder hvor det er sterk nydannelse av stjerner – Kolliderende galakser kan slå seg sammen, spise hverandre og bli spist

AST Galakser30

31 Den kolliderende galaksen trekker med seg hydrogen (21 cm-stråling) ut i rommet

32 Beregnet forløp av galaktisk kannibalisme

33 Mørk materie i og mellom galakser Mørk materie er vanlig i galakser. – Dette fastslås fra rotasjonskurver. – Den mørke materien strekker seg utenfor kanten av den synlige galakseskiva.

34

35 Mørk materie i og mellom galakser Mørk materie er vanlig i galakser. – Dette fastslås fra rotasjonskurver. – Den mørke materien strekker seg til utafor kanten av galakseskiva. Mørk materie også mellom galaksene. – Bevegelsen av galaksene rundt hverandre i en hop er så rask at hopen ikke blir holdt samlet uten ved gravitasjon fra mørk masse. – Gravitasjonslinsing gir større masser enn den som måles fra synlig stråling og fra røntgen stråling.

AST Galakser36 Galaksehoper som gravitasjonslinser

AST Galakser37 Numerisk simulering av masse- fordelingen

38 Bilde av radiostrålingen fra Cygnus A Radiostrålingen kommer fra gassboblene som ligger 160,000 Ly fra hverandre. Tatt med VLA.

AST Universet39

40 Hva var radiokildene? Radiogalaksene ble først katalogisert. Det var viktig å identifisere dem med synlige objekter. Vanskelig å finne motsvarende objekter i synlig lys. de tidlige radiomålingene hadde dårlig vinkeloppløsning. Man fant gjerne stjerner med merkelige spektra.

41 3C 48 – ser fullstendig ut som en stjerne. 3C 273 – en stjerne med en lang jetstråle ut  til siden. 

AST Universet42

AST Universet43 Kvasarene har galakser rundt seg

44 Styrke av strålingen fra ulike typer aktive galakser

45 Strålingen fra kvasarer kan variere raskt Raske variasjoner (uker/dager) betyr at kilden for strålingen er liten.

46 Drivkraft for kvasarer Kilden for kvasarers energi: – er liten i utstrekning, – er langt borte, – stråler tilsvarende sterkt – 100 til ganger utstrålingen fra Melkeveien. Kandidat for energimekanisme: – gravitasjonsenergi frigjort fra masse som faller inn i et stort sort hull. Ingen annen kjent mekanisme, frigjør energi så raskt og effektivt! – forklarer rask variasjon i strålingen.

47 Modell for alle AGN AGN – Active Galactic Nuclei Drivkraften i alle typer aktive galaksekjerner – AGN - er et supermassivt sort hull med masse i området milliarder av solmasser. Hullet er omgitt av en skive med gass – en oppsamlingsskive – og gassen i skiven faller inn i det sorte hullet.

AST Universet48 En oppsamlingsskive rundt et sort hull

AST Universet49

Neste forelesning: Universets historie