Afstanden tot Melkwegstelsels

Transcriptie

1 Afstanden tot Melkwegstelsels De afstandsladder: reeks van relatieve afstandsindicatoren In de Melkweg: km 10 20!! Mpc Afstanden op Aarde Venus-overgang Parallax Convergentiepunt Hoofdreeks-fitten Cepheiden Km AU Nabije sterren sterhopen Nabije melkwegstelsels

2 Afstanden tot Melkwegstelsels Cepheiden zijn goed voor afstanden tot nabije melkwegstelsels (enkele Mpc) Indicatoren die verder reiken (50Mpc): Helderheden van bolhopen Helderheden van planetaire nevels Oppervlaktehelderheidsfluctuaties Niet rechtstreeks te calibreren: secundaire afstandsindicatoren

3 Helderheidsverdeling van bolhopen Bij hoog contrast zie je veel bolhopen rond elliptische stelsels Karakteristieke, gepiekte helderheidsverdeling Magnitude-verschil m-m van de piek geeft afstandsverhouding Harris 1992, PASP 104, 599

4 Helderheidsverdeling van planetaire nevels Planetaire nevels in nabije melkwegstelsels Karakteristieke verdeling met welbepaalde maximum helderheid Relatieve afstanden ten opzichte van M31 Harris 1992, PASP 104, 599

5 Oppervlaktehelderheidsfluctuaties Principe: Oppervlaktehelderheid (flux/ 2 ) is onafhankelijk van afstand Afhankelijk van de afstand beslaat een een groter of kleiner oppervlak, dat meer of minder sterren bevat Weinig sterren grote fluctuaties, veel sterren kleine fluctuaties

6 Globale eigenschappen Totale helderheid en grootte van stelsels varieren heel sterk, dus slechte afstandsindicatoren Hoe kun je het verschil zien tussen een nabij, lichtzwak stelsel en een verafgelegen, helder stelsel? Helder veel massa (bij ~ gelijke sterpopulaties) Dus hogere baansnelheden van sterren en gas Zoek dus correlaties tussen interne snelheden en helderheid van melkwegstelsels De beste correlaties zijn:

7 Verheijen, 2001, Apj 563, 694 Tully-Fisher relatie (schijfstelsels) Correlatie tussen de gemeten lijnbreedte van de 21-cm waterstoflijn (rotatiesnelheid) en de helderheid van een stelsel F(V 21 ) W V 21

8 Faber-Jackson relatie (elliptische stelsels) Minder geordende beweging in elliptische stelsels, maar ook correlatie van helderheid en snelheidsdispersie: Betere correlatie is Fundamental Plane tussen L, σ en r e : Effectieve straal, bevat de helft van het geprojecteerde lichtt T-F, F-J, FP: Allemaal afstandsindicatoren: snelheidsmeting leidt tot schatting van helderheid afstandsmodulus m-m

9 De omgeving van de Melkweg Lokale Groep: ~1 Mpc groot 2 grote spiraalstelsels, + kleinere dwergen Andere nabije groepen (Leo, Ursa Major, ) Nabije clusters: Virgo, Fornax ~ 2000 stelsels Ook superclusters: Clusters van clusters Virgo

10 Het supergalactisch vlak Massaconcentraties binnen 70Mpc afstand Sterke clustering van melkwegstelsels en clusters: SUPERCLUSTERS

11 Roodverschuiving en de wet van Hubble Hubble en Slipher ontdekten dat afstand van melkwegstelsels en radiele snelheid gecorreleerd zijn: V = H D H is de constante van Hubble Eenheden snelheid / afstand = [tijd] -1 Waarde ~ 70 km/s /Mpc Alles beweegt van ons af!

12 Uitdijing van het heelal Zijn we centrum van de expansie? Nee Alles beweegt weg van al de rest: Alle afstanden worden groter met zelfde factor a(t) a 4 2 4a 2a H dus radiele snelheid is evenredig met afstand, voor iedereen

13 De Hubble tijd Hubble constante heeft eenheid 1/tijd (snelheid) / (afstand) 1/H = D/V = hoe lang geleden, aan huidige expansiesnelheid, alle stelsels op hetzelfde punt stonden 1/(70km/s/Mpc) = 13.7 miljard jaar.

14 Roodverschuiving als afstandsmeter Roodverschuiving = λ/λ = V/c D = V/H V is direkt te meten uit een spectrum H is geijkt aan nabije stelsels (Cepheiden+Tully-Fisher) Redshift-surveys: DE manier om 3-D kaarten van het heelal te maken

15 Virgo Infall, peculiar motions Peculiar motion = afwijking van Hubble-wet Lokale groep beweegt met 600km/s t.o.v. verre stelsels. Typische peculiar motion. Dus: V moet boven de 3000km/s zijn (afstand boven 43Mpc) om een afstand tot 20% te kunnen afleiden via de Hubble wet. Peculiar motions: massabepaling op grote schaal

16 CfA redshift survey (Geller, Huchra, de Lapparent) Reeks 6 dikke repen aan de hemel Roodverschuivingen 1 per 1 gemeten, 1.5m telescoop z s Great Wall 200Mpc ZEER INHOMOGEEN!

17 Fingers of God In een cluster bewegen stelsels met hoge (1000km/s) snelheden rond Verbreedt de Hubble-relatie: zelfde afstand kan toch andere snelheid geven In redshift-survey kaart verraadt zich dat als een radiele uitrekking, die naar ons wijst.

18 2dF redshift survey 250,000 roodverschuivingen, gemeten met robotische glasfiber-spectrograaf, 4m telescoop, 400 tegelijk

19 Grote-schaal structuur Het cosmische web : Melkwegstelsels bevinden zich aan de randen van grote lege bellen (voids). Waar twee bellen samenkomen heb je een muur Waar drie bellen samenkomen heb je een filament Waar vier bellen samenkomen heb je een cluster. Elliptische stelsels komen vooral voor in de dichtste gebieden, clusters Hele structuur dijt uit (en evolueert)

20 Wisselwerkingen tussen Melkwegstelsels Getijdewerking kan sterk effect hebben: tidal tails Hangt af van de relatie tussen de interne banen van de sterren, en de baan van de stelsels om elkaar heen Simpele berekeningen (Toomre & Toomre 1972): sterren zijn in baan om centrale puntmassa in stelsel

21 Retrograde baan Sterbanen worden verstoord, maar niet erg: getijden werken niet continu in dezelfde richting

22 Getijden resoneren met de sterbanen: groot effect Prograde baan

23 Kannibalisme In dichte omgevingen groeien stelsels ten koste van hun kleinere buren (bv. MW met Sagittariusdwerg) Effect op een schijf: verhitting : sterbanen worden wat chaotischer, schijf wat dikker Injectie van gas meer stervorming Vorming van een balk, radiele stromingen Opflakkering van de galactische kern?

24 Melkwegstelsels in clusters Sterke evolutie door interactie: Centraal reuzenstelsel (cd stelsel) Omliggende schijven sterk verstoord Vaak intense stervormingsepisodes Donkere halos van de stelsels verliezen buitendelen door getijden Radiele gradient in verhouding elliptische : schijfstelsels IJle gasschijven worden weggeblazen door heet clustergas

25 Melkwegstelsels in het veld Buiten clusters: Zwakkere getijden, minder versmelting Stervorming verloopt rustiger Koud gas blijft in de schijven van mwstelsels Meer jonge sterren In het algemeen verloopt evolutie en stervorming sneller in de hogere dichtheid gebieden