Stof en gas in de Melkweg

Transcriptie

1 Stof en gas in de Melkweg

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

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

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

5 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

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

7 Waar komt het stof vandaan? Complexe levenscyclus Stof 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.

8 Extinctie van licht door stof Zeer kleine korrels (diameter << λ): - Rayleigh verstrooiing - werkzame doorsnede σ(λ) ~ λ -4 - verstrooiing afhankelijk van golflengte - licht van korte golflengten wordt veel meer verstrooid Zeer grote korrels (diameter >> λ): - werkzame doorsnede is onafhankelijk van golflengte Typische grootten ~ 1 μm - vergelijkbaar met golflengte van zichtbaar licht.

9

10 Stofwolk: Barnard 68 APOD 2006 April 9

11 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

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

13 Ruimtelijke verdeling van gas/stof is zeer onregelmatig! 50 pc Orion Molecular Complex (Wilson et al. 1995, A&A 430, 523)

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

15 Optische diepte of di = di dx = Dus IdX I Lichtbundel van intensiteit I(X) Lichtbundel van intensiteit I0. I(X) =exp( X)I 0 X = = optische diepte X

16 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.

17 Nog een paar definities Wij gebruiken subscript 0 voor kleuren/magnitudes die voor extinctie gecorrigeerd zijn: m B = m 0,B + A B m V = m 0,V + A V Of gewoon: m V V, m B B, etc. Kleuren: B V =(B 0 + A B ) (V 0 + A V )=(B V ) 0 +(A B A V ) =(B V ) 0 + E(B V ) E(B-V) = AB-AV = verroding

18 Afhankelijkheid van golflengte bepalen Unreddened star Spectra van gelijke sterren zonder en met verroding vergelijken Reddened star A l = 2.5logF l /F l,0 Gordon et al. 2003, ApJ 594, 279

19 UV bump : waarschijnlijk heel kleine grafietkorrels (~50 atomen) log Al/AJ IR bump : Silicaatkorrels? zichtbaar licht Binney & Merrifield, Galactic Astronomy

20 verroding totale extinctie Veel minder extinctie bij langere golflengten λ λv: AV-Aλ AV Rieke & Lebofsky 1985, ApJ 288, 618

21 Extinctie door stof in de Melkweg Schlegel et al. 1998, ApJ 500, 525: Waarnemingen van infrarood emissie door COBE en IRAS satellieten (100 μm, 240 μm) Verroding bij Galactische polen: E(B-V) = mag (NGP) and mag (SGP)

22 NGP SGP Verdeling van stof in de richting van NGP en SGP (Schlegel et al. 1998). Veel structuur op alle schalen!

23 Het Galactische centrum AV ~ 30 mag (FV ~ FV,0) AK ~ 3 mag (FV ~ FV,0/15)

24 Baade s window: Gebied met relatief weinig stof - hier zijn sterren tot relatief dichtbij het centrum zichtbaar. B.W. is ongv. 4 o (600 pc) van het galactische centrum.

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

26 20 pc

27

28 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. (

29 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)

30 Het centrale voorwerp De ster S2 bereikt een afstand van slechts 17 lichtuur (124 AU) vanaf het centrale voorwerp. Stellar cluster 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

31 Het Galactische centrum: radio golflengten

32 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

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

34 Zwarte gaten in andere sterrenstelsels: AGN

35

36 M87: optische en LOFAR beelden

37

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

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

40 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.

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

42 Lagere dichtheid Hogere dichtheid

43 Verdeling van AGB ( asymptotic giant branch) sterren in de schijf. Zon De hoek tussen de hoofdas van de balk en de richting naar het galactische centrum is rond de 36 o. Weinberg 1992

44 Blitz et al. 1993