Componenten en Structuur van de Melkweg

Transcriptie

1 Componenten en Structuur van de Melkweg

2 De Melkweg Halo Centrale verdikking Dunne schijf Dikke schijf 8.5 kpc

3 De schijf Bevat: stof, gas (wolken), jonge en oude sterren. Kinematica gedomineerd door rotatie. Chemische samenstelling: metaal -rijk

4 Verticale structuur van de schijf z Gilmore & Reid 1983: Fotometrie van sterren helderder dan mi=18 Richting Zuiden Galactische Pool - weinig stof/ lichtabsorptie Meestal dwerg (hoofdreeks-) sterren

5 <latexit sha1_base64="ehorpcz1hu8og9omfd5ufkt1vsk=">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 Kleur-MV relatie voor hoofdreekssterren Absolute magnitude: MV = MV(kleur) Waarnemingen: mv, kleur (bijv. V-I) U-B B-V V-I Afstand: D [pc] = 10 (m M)/5+1 ( fotometrische parallax )

6 Dichtheid van sterren als functie van z log Φ(stars mag 1 pc 3 ) 110 pc 280 pc 450 pc 1120 pc 4500 pc 7000 pc Dichtheid gaat omlaag als afstand omhoog gaat

7 Verticale structuur van schijf(en) Som van twee exponentiële functies: thin / e z /300 pc thick / e z /1350 pc Dunne schijf: Schaalhoogte ~ 300 pc (domineert voor z <1.5 kpc)! Dikke schijf: Schaalhoogte ~1350 pc (domineert voor z >1.5 kpc)

8 Helderder sterren: kleinere schaal hoogte Gilmore & Reid 1983

9 Moderne waarnemingen: SDSS 48 miljoen sterren uit de Sloan Digital Sky Survey. Juric et al. 2008

10 <latexit sha1_base64="rz29hx2xkmyleydjdcytleei1bs=">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</latexit> Structuur en massa van schijf(en) Thin disc Thick disc Exponentiële model: (R, z) / e R/R scl e z /z scl Dunne schijf: Dikke schijf: Rscl ~ 3 kpc, zscl ~ 300 pc Mthin ~ M (McMillan 2011) Rscl ~ 3.3 kpc, zscl ~ 1350 pc Mthick ~ M (McMillan 2011)

11 De Halo Bevat oude, metaal-arme sterren, bolvormige sterrenhopen. Kinematica gedomineerd door willekeurige banen Bron: Wikipedia

12 Afstand tot bolhoop NGC 5272 (M3) horizontale tak turn-off Hoofdreeks Rode reuzentak Blauwe punten: Geobserveerde CMD Zwarte krommen: Model lijnen ( isochrones ) voor t=13 Gyr, [Fe/H]=-1.9 verschoven met 14, 15 and 16 mag Afstandsmodulus van M3: m-m~15 Dan D = (m M)/5 10 kpc

13 RR Lyrae sterren in M3 Pulserende horizontaal-tak sterren. Lage-massa (<0.8 M ), oude sterren. Pulsatieperiodes typisch een paar uur tot een dag. Altijd (ongeveer) dezelfde gemiddelde absolute mag., MV~ V V CORWIN & CARNEY V V V132 V134 V134 V136 V139 V139 CORWIN&&CARNEY CARNEYCORWIN & CORWIN V130 V131 V V134 V133 V135 V135 V V Vol V131 V132 V V135 V136 V136 Phase Phase V139 V140 V137 V140 V142 V140 V142 Corwin & Carney (2001)

14 Bolvormige sterrenhopen in de Melkweg Zon 1 kpc = 3x10 19 m

15 Radiale verdeling van bolhopen Volumedichtheid versus afstand van centrum:! Machtwet (R) / R 3.5 Zinn (1985) (voor R>2-3 kpc)

16 RR Lyrae sterren in de halo Waarnemingen van RR Lyrae sterren in z-richting (loodrecht op de schijf). z

17 Halo RR Lyrae sterren 1966ApJS K 1966ApJS K Kinman et al. 1966

18 <latexit sha1_base64="i2xqc1tbvm4lry7xzeztkujmzqu=">aaacjxicbzdlsgmxfiyzxmu9vv26irahitrpee1gkojczs3wip1amplmg5pkhisjldbrx8wnw30lvyk48g18btplwtubkj//p4etfh7mqnku++5mtc/mzs1nfrkls8srq7m19usvjrktbo5yjk98paijgjq01yxcxzig7jps9psnw7x5s6sikbjqg5i0oeokglkmtlu6ua36trkew3rhtfce9ekjslm+kaemgpfrrhwdxn4tuqocf0vpivjgurvo7t <latexit sha1_base64="mx/fiwejacvxyf/55kdqjxyaiai=">aaacjhicbzdlsgmxfiyz9vbrrerstbaidwgzimg3qkexgptarc10sslk0jy0lyhjkgwyra/ixq2+hstx4czh8blmo11o6w+bl/85h5p8fsionq776wqwfpewv7krubx1jc2t/pbonzarwqsbjzoq5snngbwkyahhpbuqgrjpsnmfxozrzxuinjxi1oxc0ugol2ipymss1c1dj8k+9nrafuuh8dy9xsmjkfksd/mft+roboehpiucmkrwzx97gcqrj8jghrrul93qdgkkdmwmjdkv0ireeij6pg1rie50j578jieh1glgtyp7hiet9/dejljwi+7bto7mqm/wxuz/txzkepvoteuygsjwuqgxmwgkhmcca6oinmxkawff7vshhicfslhh5txbhrdkhik <latexit sha1_base64="mrpmkzav0wxth96ga1ejbkbudfs=">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</latexit> Radiale structuur van halo Ellipsen van semi-hoofdas R en asverhouding c/a: R 2 = R Machtwet ρ(r) vs R: Z2 (c/a) 2 (R0, Z) R R c/a (R) =KR n log (R) = log K n log R ρ(z) vs Z: log (Z) = log K n 2 log apple R Gemeten ρ(z), aangenomen (c/a) K en n. Z2 (c/a) 2

19 R0 = 8.5 kpc Degeneracy: Moeilijk om n en c/a gelijktijdig te bepalen.

20 <latexit sha1_base64="3dwlfi1a8fhupy2g9u3i63pykbw=">aaacfnicbvc7sgnbfj2nrxhfmzy2g0gihwejommegbactqzgblixzm5okihzwgzm1bdsh9jy6l9yia2tp+e3ohkumnjgwugcezmx44emauo6x05qyxfpesw9mllb39jcym7nbrwmfcz1ljlutr9pwqggdumni81qecr9rhr+4hzkn+6j0lskgzmmszujnqbdipg RR Lyrae sterren in de halo Best fit: (R) =KR n n = 3.4 voor bolsymm. halo (c/a=1.0) n = 2.4 voor afgeplat halo (c/a=0.6) Lijkt aan verdeling van bolhopen. Kinman et al. (1966)

21 <latexit sha1_base64="ns9eex7igfwytqyuvbslmxh9srk=">aaacoxicbzdlsinbfiarhxu03uk4dhmwcaosokfhnwocllyjbqnckjbv1rvtwjemqlonnp0kvoobt/oebl3jlgbjc1ijebz9updzn3m4p744fdy6mhwirn6mjo3/njgstu3pzm6v538dw50zyppuc21oy2kz4io1hxecnaagerkldhjf7ptrj5fmwk7vkeulrc3jueidtonzuvte2ic/sa445yc5clf4ljcilinrgpll8rcoohfwb2y6eqwxcngn8c40onilriydwvdtg5okguogkv/hiaazzmprqaxt1clutxnihkecfswcwzysekhowctbrssz7xzwvqkwfzjarxv/linb+n4ij9lanox9z/9w+7nwd7+rttlx2wrnxkwzy4q+lupkapygpitiug Massa van halo Totaal aantal RR Lyrae sterren: N =4 Z Rmax 0 R 2 (R)dR (voor c/a=1, anders wat ingewikkelder) Aantal RR Lyraes in halo ~ (Suntzeff et al. 1991)! Aantal RR Lyraes in bolhopen ~ 1700 Massa van bolhopen ~ M Massa van halo ~ M.

22

23 SDSS waarnemingen van de halo Complexe structuur: stromen, pluimen, etc

24 M31: veel structuur in halo M33: geen structuur Verschillende evolutionaire geschiedenissen? Ferguson et al. 2006, astro-ph/

25 Stromen zijn ook in andere stelsels gevonden. Hier een door getijdekrachten vernietigd dwergstelsel? D. Martinez-Delgado et al. astro-ph/ NGC

26 Stofwolken Galactische centrum Onzichtbaar door interstellair stof. Extinctie bij visuele golflengten: AV ~ 30 mag (factor 10 12!)

27 Stof en gas in de Melkweg

28 Stof in andere sterrenstelsels Zijaanzicht ( edge-on ) spiraalstelsel: NGC 891 Het stof bevindt zich meestal in een dunne laag.! Dikte ~ pc

29 Bovenaanzicht ( face-on ) spiraalstelsel M83 (NGC 5236) Stofwolken bevinden zich meestal in de spiraalarmen.

30 Extinctie van licht door stof Combinatie van verstrooiing ( scattering ) en absorptie van licht Geabsorbeerd licht wordt opnieuw uitgezonden bij langere golflengten (infrarood straling) Albedo ~ De stofkorrels zijn bijna wit! Albedo s - de Maan ~ Asfalt ~ Nieuw beton ~ IJs

31 SiC stofkorrels uit Murchison meteoriet (A. Davies, Stofkorrel verzameld door NASA U2 vliegtuig

32 Waar komt het stof vandaan? Complexe levenscyclus Wordt geproduceerd in de atmosferen van koele sterren (rode reuzen, AGB sterren).! Aan het einde van de levensduur van een ster wordt het stof weer met het interstellaire gas gemengd.! Verder is er ook binnen de moleculaire wolken een complexe chemie.

33 Extinctie van licht door stof Zeer kleine korrels (diameter << λ): - Rayleigh verstrooiing - Werkzame doorsnede σ(λ) ~ λ -4 Zeer grote korrels (diameter >> λ): - Werkzame doorsnede is onafhankelijk van golflengte Typische grootten ~ 1 μm - vergelijkbaar met golflengte van zichtbaar licht.

34

35 Stofwolk: Barnard 68 APOD 2006 April 9

36 Interstellaire cirrus Opname in infrarood licht. Stof is hier direct zichtbaar. Temperatuur ~ K Emissie bij ~ μm! Volgens Wien s wet: max = 2900 µm K T

37 Reflectienevel - Pleiades Licht van heldere sterren wordt door stof gereflecteerd/verstrooid. Blauwe kleur gevolg van (Rayleigh) verstrooiing

38 Optische diepte of di = di dx = IdX I Lichtbundel van intensiteit I0+dI Lichtbundel van intensiteit I0. dx

39 <latexit sha1_base64="eiglyzkdc51ibbe6/c0egtaaake=">aaachhicbvdlsgnbejz1bxxfvqheboogb8ngrl0igh7mlylrqdag3tmogzyzxwzmlbcsv+lfq/6fj/eq+bn+g5oyg6+chqkqm+6umbhcwn9/90zgx8ynjqemczozc/mlxcwlcxonmmgdxslwjramcq6wbrkv2eg0ggwfxotxr33/4ga14be6s70ewxkufo9wbtzj7ejkdaoxsq9ote1tvmy Optische diepte Lichtbundel van intensiteit I(X) Lichtbundel van intensiteit I0. of di = di dx = IdX I Dus I(X) =I 0 e X X = = optische diepte X

40 Extinctie en optische diepte: Stofwolk Waarnemer F = F 0 e t l t l In magnitudes: m = m 0 + A A 1.09 (zie opdracht) Extinctie is optelbaar als wij met magnitudes werken.

41 Afhankelijkheid van golflengte bepalen Ster voor stofwolk Spectra van gelijke sterren zonder en met verroding vergelijken Ster achter stofwolk A l = 2.5logF l /F l,0 Gordon et al. 2003, ApJ 594, 279

42 <latexit sha1_base64="kcl2+sctzomeaijy4eleyo6thfy=">aaacrnicbzdltttafiapa21pennh2c2iqfk6seyoqjbcfqgrkheskbai8xgmi+zizyxbisvvw6uwyqu8bf1v3xyctnvcj3skx/9/jubmlxacgrugt15nafnz8xcrl7uvxr95+85/v3psvkkjhrhflz6k2fdojb1zzjmdfjpikxi6ts/2mnz8jwrdldyy84imap9iljocrbnm/m6ca0yqndkx1i+caypf6rrbuy0qux+qxxlc39gi/5iycvgmi0krcxqgg+hm74vbucj0vest6efb <latexit sha1_base64="kufmumy9/g624jcvclmn+gpmnx8=">aaacrnicbzdlsurafizp2nt76xmxbgobod2epnezlzrjqncjykvqazpkpakfdqlvfccm5h18ldm4vv9cv+lwstuktwmhfv7/horuf2ecgrsed15tbhxicmp6pj47n7+w2pjx88ioxbpaiyorfrjjqzmttgoz5fqk0xslmnpj+pxvlr9fug2ykod2kngewkespyxg66x+40+uakyk7f4earx9nope7hrbmy0kua6vljlqbwweb6asxbthlnpqegv+gpybzcaphow+inakmjcq/x7j UV bump : waarschijnlijk heel kleine grafietkorrels (~50 atomen) A J (1.2µm) A V (550nm) 0.28 log Al/AJ IR bump : Silicaatkorrels? A K (2.2µm) A V (550nm) 0.11 Bij AV=30 mag: F V = F <latexit sha1_base64="sdkxqxxakkvkmfkzxakcduug14k=">aaacgnicbvdlsgmxfm3uv62vqudgtbailrtmikgboaaulxvsftp1ygrsdu0yq5jrspxpcenw/8kvuhxjt/gnzuos1hrgwugcezmxeyamku26h05pynjqeqy8w5mbx1hcqi6vdfscskzaogaxvayriowk0tzum3kzsij4ymhfodjo/ytbihwnxbkejqth0bwgfyqrtljqxwsghxgepffk7hi7gwwgprp V,0 zichtbaar licht F J = F <latexit sha1_base64="b9yqowpmcwosufgovoj3mcgi3zo=">aaaci3icbvdlsgmxfm3uv62vqksxbovgqsumfo1gkchfuqpgrdcpqyat1mcsgzkmusis/ru3bvuvxikbf/6c32d6wpg6ediccy/n5oqjo0q77rutm5qemz3lzxcwfpewv4qraxcqtiumlryzwf6gsbfgbwlpqhm5tcrbpgskhd4cd/32lzgkxujcdxls5agvai9ipk0ufdfrqqmewuq54mvkiykee2x2khmsb6ax62zbsesw3rhgx+jnsalm0aykn34u45qtotfdsnu8n9fdg6smmjgs4kekjajfod7pw J,0 F K =0.05 K <latexit sha1_base64="ko+2jq88qczetq5wns8ha5gv0ii=">aaacgxicbvdlsgmxfm34rpvvfvdugkvwucpufhqjfbqru6lgbafthkwmbuotzjbklblmt9y41b9wjw5d+rn+g+ljoa0hlhzouzdzouhmqnku++xmzs8sli1nvrkra+sbm7mt7xsvjrktoo5yjjsbuorrqeqaakaasssib4w0gv7f0g88eklojo70icztjrqcdihg2kp+bvfkr8jz6b J,0 Binney & Merrifield, Galactic Astronomy

43 De bulge (centrale verdikking) Blauw=J (1.2 micron) Groen=H (1.6 micron) Rood=K (2.2 micron)

44 De bulge is een balk! Verdeling van licht is asymmetrisch. De centrale verdikking is balkvormig. De westkant is dichterbij, dus helderder

45 Balkstructuur komt vaak voor

46 Leeftijden van sterren in de Bulge Infrarode kleurmagnitude diagrammen. Zoccali et al. 2003, A&A 399, 931 CMD van bulge sterren lijkt op die van een (metaalrijke) bolvormige sterhoop (NGC 6528).! Bulge is oud - ongeveer 10 Gyr. Geen of weinig jonge sterren.

47 De Centrale Verdikking Oude, metaal-rijke sterren (in tegenstelling tot de metaal-arme halo) Totale massa ~ M (Sofue et al. 2009) De helft van de massa binnen 0.5 kpc

48 Onderdelen van de Melkweg Dunne schijf Dikke schijf Centrale verdikking Halo Massa [ Structuur Exp. schijf: R zscl Exp. schijf: R zscl Balk R Machtwet: ρ~r Bestanddelen Jonge/oude sterren, gas, stof, open sterrenhopen Oude sterren Oude sterren, bolhopen Oude sterren, bolhopen

49 Het Galactische centrum AV ~ 30 mag (FV ~ FV,0) AK ~ 3 mag (FK ~ FK,0/20)

50 Infrarood opname (3.6, 4.5, 4.8, 8.0 μm) 1 o ~ 150 pc

51 20 pc

52

53 In het centrum bevindt zich een zeer compacte sterhoop Totale massa ~10 7 M, Dichtheid ~10 6 M pc -3! De centrale sterhoop bevat Wolf-Rayet sterren - moet slechts een paar miljoen jaar oud zijn! Infrarood opname ( μm), Genzel et al. (

54 Sterren in het centrum Genzel et al.: Infrarode waarnemingen door ESO NTT and VLT telescopen.! Sterren draaien rond een zwaar, onzichtbaar voorwerp (massa ~ 3.6 miljoen M, rode kruis).! Vergelijkbare resultaten door onderzoeksgroep van A. Ghez aan de UCLA (Keck telescoop)

55 Het centrale voorwerp Stellar cluster De ster S2 bereikt een afstand van slechts 17 lichtuur (124 AU) vanaf het centrale voorwerp.! Dat is nog 2100 keer the Schwarzschild radius van een zwart gat met een massa van 3x10 6 M, maar er zijn geen andere bekende mogelijkheden. Schödel et al. 2002, Nature 419, 694

56 Het Galactische centrum: radio golflengten

57 Het Galactische centrum: radio golflengten Sag A East Sag A West Sag A* 10 pc 5 pc Sag A*: - Zeer compacte bron van radio-emissie - Variabel op tijdschalen van ~ 10 min. - Moet kleiner dan 1.2 AU (~20 RSchw) zijn

58 Structuur van de Melkweg Halo Galactische centrum: Zwart gat Dunne schijf Dikke schijf

59 Zwarte gaten in andere sterrenstelsels: AGN

60

61 M87: optische en LOFAR beelden

62

63 Structuur van de Melkweg Halo Centrale verdikking Dunne schijf Dikke schijf Galactische centrum: Zwart gat