8. 8
Pytania:
• Czy obiekty mgławicowe to inne galaktyki?
• Jeśli tak to czy wszystkie?
• Dlaczego niektóre z mgławic (mgławice
spiralne) „unikają” pasa Drogi Mlecznej, tj
dlaczego nie widać ich na jej tle?
• Czy mgławice spiralne mają coś
wspólnego z Drogą Mleczną?
10. 10
Mapa Drogi Mlecznej
Pierwsza mapa rozmieszczenia gwiazd na Drodze Mlecznej
Wyniki uzyskane na podstawie zliczania gwiazd. Dziś wiemy, że widoczne
„dziury” to efekt obłoków pyłu zasłaniających gwiazdy
11. 11
Technika zliczania gwiazd
W jednorodnym środowisku ilość gwiazd słabszych o 1 mag rośnie ~4 razy.
Patrząc dalej gubi się gwiazdy słabsze gdyż z powodu większej odległości
dociera od nich mniej światła. Rośnie ilość jaśniejszych gwiazd gdyż wzrosła
objętość.
W niejednorodnym wynik zależy od kierunku i odległości!
13. 13
Pytania do wyjaśnienia:
• Jak daleko jest do mgławic?
• Jaki jest rozmiar Drogi Mlecznej?
• Jak bardzo pył osłabia światło gwiazd?
• Które z mgławic są galaktykami ?
14. 14
Nowe techniki obserwacji:
Paralaksa trygonometryczna
– pomiar odległości do gwiazd
Położenie bliskich gwiazd zmienia się w ciągu roku, bo patrzymy na
nie z różnych miejsc na orbicie okołosłonecznej
Paralaksa (π)
15. 15
Paralaksy trygonometryczne
gwiazd
• Pierwszą paralaksę zmierzył F.W. Bessel
w 1838 dla gwiazdy 61 Cyg . Wynosi ona π= 0.26”
• Największa paralaksa do najbliższej gwiazdy
(Proxima Cen) wynosi π = 0.77233”
• Jej odległość D od Słońca wyrażona w parsekach [pc]
wynosi:
D = 1/π = 1.295 pc
• Najdokładniejsze pomiary paralaks wykonał satelita Hipparcos (brak
niekorzystnych efektów atmosferycznych np.: seeingu).
16. 16
Nowe techniki obserwacji:
• Paralaksa spektroskopowa
Na podstawie jasności obserwowanej m, typu widmowego
i klasy jasności (np. ciąg główny, ramię olbrzymów itp.)
szacujemy jasność absolutną M
Odległość D obliczamy ze wzoru: M = m + 5 – 5 log D [D] = pc
18. 18
Nowe techniki obserwacji:
• Prędkości radialne
efekt Doppler’a (Johann Christian Andreas Doppler 1803-1853)
v=z⋅c z=(∆λ ⁄ λ)
z - poczerwienienie
∆λ ⁄ λ - zmiana obserwowanej długości fali w stosunku do
długości fali emitowanej przez źródło nieruchome
Linie widmowe gwiazdy obiegającej niewidocznego towarzysza
przesuwają się lewo—prawo gdyż gwiazd to zbliża się, to oddala
20. 20
Rotujący dysk
• Dziś wiadomo, że dwa strumienie Kapteyna to efekt rotacji gwiazd
dysku w jednym kierunku wokół centrum Galaktyki, po nieco
eliptycznych orbitach. Część gwiazd się oddala (jeden strumień) a
część przybliża do centrum.
• Niektóre gwiazdy nie pasują do tego schematu, wchodzą one w
skład innego podsystemu Galaktyki tzw. halo np. gwiazda Kapteyna
22. 22
Nowe techniki obserwacji:
• Metoda cefeid
W 1908 Henrietta Leavitt (1868-1921) odkryła zależność M od P
1.35-)-2.78log(PM =
DmM log55 −+=
Mierząc jasność obserwowaną
cefeid (m) oraz okres ich
zmienności (P) można obliczyć
jasność absolutną gwiazd (M)
a w konsekwencji ich odległość
(D)
Metoda wykorzystana do
pomiaru odległości gromad
kulistych i najbliższych galaktyk
Grupy Lokalnej
23. 23
Gromady kuliste
Obraz Galaktyki po zmierzeniu odległości gromad kulistych
(na podstawie obserwacji Cefeid i gwiazd RR Lyrae)
Gromady kuliste
Gorące gwiazdy OB
Mgławice emisyjne
Gromady otwarte
Dysk Galaktyki
Gaz i pył
Halo
Środek
Zgrubienie centralne
24. 24
Nowe techniki obserwacji:
pomiar odległości M31 i najbliższych galaktyk
Prawo Hubble’ a (Edwin Hubble 1889-1953)
Inne galaktyki oddalają się od Drogi Mlecznej
proporcjonalnie do ich odległości. Pomiar prędkości ucieczki
pozwala zatem oszacować odległość galaktyk
V = H D (H= 72 km/s / MPc)
DmM log55 −+=
29. 29
Współczesny obraz Drogi Mlecznej
Światło widzialne jest zasłaniane przez pył i gaz skoncentrowany w
płaszczyźnie dysku. Z niego rodzą się młode gwiazdy w tym masywne
niebieskie gwiazdy OB. Są one źródłem podgrzewania obłoków
gazowych i pobudzania ich do świecenia.
30. 30
Obraz w podczerwieni
W podczerwieni Droga Mleczna wygląda jak
jedna z wielu galaktyk spiralnych widzianych
z boku. Widać dysk, zgrubienie centralne
(ang. Bulge) i pasma pyłu zalegające w
płaszczyźnie dysku
35. 35
Najbliższa okolica:
• Słońce leży w ramieniu Oriona, nie na środku, lecz
trochę przesunięte w stronę centrum. Większość
gwiazd jakie widać wchodzi w skład tego ramienia.
• Zimą na półkuli północnej patrzymy na ramię Oriona
od strony środka, stąd na niebie wiele jasnych gwiazd
i charakterystycznych konstelacji: Orion, Syriusz,
Procjon, Aldebaran, Bliźnięta itp.
• Latem Patrzymy na ramię Oriona w Stronę centrum,
widać zatem mniej jasnych gwiazd (np. trójkąt letni)
• Jesienią i wiosną patrzymy prostopadle do
płaszczyzny Galaktyki, niewiele jasnych gwiazd wtedy
widać...
41. 41
Dlaczego galaktyki są spiralne?
Rotacja różnicowa (różne prędkości orbitalne) mogą powstawać struktury
spiralne ale są one nie trwałe (1-2 obiegi)
Krzywa rotacji galaktyk wskazuje ze obszary centralne rotują jak ciało
sztywne ze stałą prędkością kątową, dlatego poprzeczki (ang. bar) w
centrach niektórych galaktyk mogą istnieć.
42. 42
Dlaczego spirale ?
Kształt spirali podkreśla rozmieszczenie młodych niebieskich gwiazd OB,
koncentracja pyłu i emisja z obłoków gazowych, galaktyka po lewej nie ma
regularnej struktury, gdyż zniszczyły ją siły pływowe galaktyki Wirowej
43. 43
Dlaczego spirale ?
Orbity eliptyczne gwiazd mogą się uporządkować tworząc falę
gęstości, fala (obszar większej gęstości gwiazd) przesuwa się
obejmując coraz to inne gwiazdy. Mechanizm powstania takiej fali
(rezonans Lindblada) jest podobny do tworzenia się fali stojącej we
wnęce rezonansowej. Dwa ramiona to efekt dążenia układu do
minimum energii
45. 45
Dlaczego spirale ?
Zagęszczenie gwiazd wytwarza studnię potencjału do
której spływa gaz i pył, tworzywo dla nowych gwiazd.
Poprzeczka chętniej tworzy się jeśli galaktyki mają
satelity.
46. 46
Dlaczego spirale ?
Młode gwiazdy powstałe z gazu zgromadzonego w studni potencjału
ramienia, ogrzewają okoliczny ośrodek między gwiazdowy. Najbardziej
masywne niebieskie gwiazdy OB żyją tak krótko, że występują tylko w
ramionach spiralnych
47. 47
Podsystemy Galaktyki:
• Dysk (kilka podsystemów)
• Halo
• Zgrubienie centralne
(ang. bulge)
• Gromady kuliste
uzupełniają całość
50. 50
Populacje gwiazdowe w otoczeniu
Słońca
Gwiazdy w Skala Dyspersja Średnia Metaliczność Np.:
w pobliżu wysokości prędkości V km/s Słońce=1
Słońca l.ś. U V W
Młody cienki 9% 350 15 10 10 0 1. Syrisz
dysk Wega
Plejady
Hiady
Stary cienki 87% 1000 35 25 20 -10 0.8 Słońce
dysk M67
Gruby dysk 4% 3500 65 50 40 -30 0.3 Arktur
47 Tuc
Halo 0.1% - 130 100 90 -200 0.02 M92
Gwiazda Kapteyna
Groombridge 1830
51. 51
Czarna Dziura w centrum Galaktyki
Obserwacje w podczerwieni wykazały istnie wielu gwiazd w centrum
Galaktyki (350 na rok świetlny3
) Orbita gwiazdy S2 poruszającej się
wokół zwartego źródła promieniowania radiowego Sgr A* pozwoliła
oszacować jego masę na ~3.3 mln mas Słońca. Rozmiary obiektu
są mniejsze niż rozmiar orbity Ziemi
53. 53
Historia Drogi Mlecznej
• Mechanizm kolapsu
Galaktyka powstała z zapadania się wielkiego obłoku gazu, w miarę
zapadania się powstawały nowe gwiazdy z materiału
wzbogaconego przez starsze gwiazdy. Istnieje zatem gradient
zawartości metali w halo. Na skutek sił lepkości reszta gazu
uformowała dysk w którym w dalszym ciągu powstają gwiazdy.
Pierwotny moment pędu sprawia że dysk i gwiazdy w nim powstałe
obracają się we wspólnym kierunku.
• Mechanizm zjadania małych galaktyk
Duża masa Galaktyki sprawia, że przyciąga ona galaktyki
satelitarne niejednokrotnie je pochłaniając. Takie zjadanie powoduje
zasilenie Galaktyki w gwiazdy o pewnej zawartości pierwiastków
ciężkich. Obecnie wiemy że część gwiazd halo jest takiego właśnie
pochodzenia.
59. 59
Inne galaktyki:
Mergery – połączone (zderzające się) galaktyki,
brak regularnych struktur ramion, cześć gwiazd
wyrzucona w przestrzeń
Eliptyczne – nie widać żadnej struktury oprócz jądra
(czasem kilku jąder). Brak pyłu uniemożliwia
powstawanie młodych gwiazd, szybko-ewoluujące
gwiazdy O i B już wybuchły,
Nieregularne -
73. 73
Pochodzenie galaktyk:
• Galaktyki powstały we wczesnym wszechświecie poprzez grawitacyjne
skupianie się materii wokół obszarów o większej gęstości. Takie obszary to
efekt fluktuacji do jakich doszło jeszcze przed uwolnieniem promieniowania
reliktowego (epoka rekombinacji). Stan ten można badać analizując mapy
promieniowania reliktowego.
76. 76
Rozkład galaktyk - obserwacje
Galaktyki tworzą grupy
(grupa lokalna),a te z
kolei tworzą większe
struktury jak gromady
galaktyk (gromada
Virgo, Coma itp.),
ściany (wielki mur) i
włókna (Wielki
Atraktor). Całość
przypomina strukturę
piany .....
