De Melkweg: visueel. sterren, nevels en stof. De Melkweg: atomair waterstof. atomair waterstof straalt bij een golflengte van 21cm

Transcriptie

1 Inleiding Astrofysica De Melkweg: visueel De Melkweg: nabij-infrarood Paul van der Werf Sterrewacht Leiden sterren, nevels en stof nabij-infrarood licht dringt door het stof heen: regelmatige schijf met centrale "bult" 2 3 De Melkweg: ver-infrarood De Melkweg: atomair waterstof Waar bevinden wij ons? u bevindt zich hier in de schijf van de Melkweg ~ 8.5 kpc van het Melkweg centrum stof van ~ 30 K straalt in het ver-infrarood (wet van Wien) atomair waterstof straalt bij een golflengte van 21cm ongeveer halverwege de schijf verdeling van bolhopengeeft centrum Melkwegstelsels 1

2 2003 Rotatie van de Melkweg 3de wet van Kepler: verder naar buiten gelegen sterren roteren langzamer rond de kern van de Melkweg: differentiële rotatie baansnelheid van de zon in het Melkwegvlak: 220 km/s omlooptijd van de zon in de Melkweg: 230 miljoen jaar Structuur in de schijf van de Melkweg Met behulp van het Doppler effect kunnen we langs iedere gezichtslijn de radiële snelheid van het gas meten. Uit gemeten snelheid volgt afstand van het gas tot de kern van de Melkweg kaart van het gas in de schijf Spiraalstructuur van de Melkweg niet waarneembaar gebied Componenten van de Melkweg Melkweg bestaat uit 3 componenten: schijf roteert gasrijk metaalrijke sterren, jonge in spiraalarmen, oudere daartussen (populatie I) halo roteert niet geen gas oude, metaalarme sterren (populatie II) bolhopen centrale bult oud 10 Rotatiekromme De rotatie snelheid in de schijf als functie van afstand tot het centrum noemen we de rotatiekromme van een melkweg stelsel. Rotatie rond een zware massa: 2 vrot GM = v 2 rot r r r (zg. Kepler rotatie) In werkelijkheid is de rotatiekromme van de Melkweg ongeveer vlak massa verdeling niet centraal geconcentreerd, maar uitgestrekt 1 2 Rotatiekromme geeft de verdeling van massa in een melkweg stelsel 11 Donkere materie rotation speed (km/s) distance (kpc) De rotatie kromme laat zien dat er 10 maal meermassa moet zijn dan de sterren in schijf en centrale bult. We zien deze materie niet: de massa van de Melkweg wordt dus gedomineerd door de zg. donkere materie! De aard van de donkere materie is een van de grootste raadsels van de huidige fysica! 12 Melkwegstelsels 2

3 2003 Eigenschappen van de Melkweg WIMPs en MACHOs De kern van de Melkweg Melkweg is schijfvormig vorm aan de nachthemel Melkweg heeft een centrale bult en een halo waarin bolhopen bult: nabij-infrarood waarnemingen bolhopen: visueel Zon bevindt zich ongeveer 8.5 kpc van het centrum volgt uit verdeling van bolhopen De schijf roteert uit Doppler verschuiving van sterren en gas wolken Gas bevindt zich in de schijf uit radio waarnemingen (21cm) jonge sterren alleen in schijf Spiraalarmen in schijf uit verdeling gas en jonge sterren Meeste massa is donker uit rotatie kromme Kandidaten voor de donkere materie: MAssive Compact Halo Objects, bv. bruine dwergen gevonden met microlensing niet genoeg voor vlakke rotatie krommes Weakly Interacting Massive Particles bv. neutrinos met massa W bosonen (hypothetisch) Kern van de Melkweg is optisch niet zichtbaar door interstellairstof Infrarood en radiostraling dringen wel door Radiostraling uit de Melkwegkern Sgr A* een zwart gat? Sterbanen verraden het zwarte gat Radiostraling laat gas zien dat instroomt naar een compact object: Sgr A* een zwart gat? Resultaat: 2.6miljoen M ineen volume ~3 dat van het zonnestelsel (17 licht-uren) superzwaar zwart gat! in kern van elk melkwegstelsel? Melkwegstelsels 3

4 2003 De Melkweg maakt deel uit van een groep (de Locale Groep) waarin ook: M31 (de Andromeda nevel) een groot spiraal stelsel M33 een klein spiraal stelsel de Magellaanse Wolken onregelmatige dwergstelsels, begeleiders van de Melkweg tenminste 30 dwergstelsels rond de grote stelsels oude dwerg sterren elliptisch stelsel (de/dsph) Melkwegstelsels heeft een schijf onregelmatig of verstoord SBa SBb SBc oude sterren in bult; jongere in schijf; jongste in spiraal armen dus geen S0 stelsel grootte van bult en patroon van armen: Sbc (tussen Sb en Sc) De Melkweg heeft spiraal armen NGC891 (Sbc) De Melkweg heeft een balk willekeurige sterbanen weinig interne structuur veel in groepen en clusters de zwaarste stelsels (maar er zijn er ook met zeer lage massa) Spiraal stelsels bestaan uit oude sterren weinig rotatie Elliptische stelsels Melkweg lossere spiraal armen kleinere bult SB0 S0 veel gas en jonge sterren Ir Sc langgerekter Sb E0 E6 Sa geen spiraal armen geen gas: alleen oude sterren 21 Eigenschappen van melkwegstelsels Wat is het Hubble type van de Melkweg? De Melkweg is duidelijk geen elliptisch stelsel Stemvork diagram Hubble stemvork diagram Hubble Deep Field Onze omgeving: de Locale Groep recente stervorming in de schijf schijf roteert complexe interne structuur weinig in clusters klein bereik in massa's kunnen een balk hebben (SB, >50%) Hubble type SBbc S0/SB0 stelsels zijn als spiraal stelsels maar met weinig gas en zonder spiraal structuur Onregelmatige stelsels lijken op spiralen die te klein zijn om netjes georganiseerd te raken 22 M61 (SBbc)

5 2003 Elliptische stelsels Balkspiralen Spiraal stelsels M31: de Andromeda Nevel NGC Spiraalstelsels: stervorming inclinatie Schijfstelsels en inclinatie Melkweg: Orion Nevel Melkwegstelsels Spiraalstelsels: stervorming Melkweg: Peiaden NGC 4314 M

6 2003 Spiraalstelsels: stof Donkere materie Donkere materie in clusters Net als de Melkweg hebben bijna alle andere spiraal stelsels vlakke rotatie krommes die meer dan 10 maal zoveel donkere als zichtbare materie impliceren Donkere materie domineert de massa van melkwegstelsels Gravitatielens werking in clusters stelt ons in staat de totale massa van de cluster te bepalen. Resultaat: >10 zo veel massa als in sterren + intracluster gas. NGC 891 Melkweg NGC heelal wordt gedomineerd door donkere materie! we weten niet waaruit het heelal bestaat! 33 Melkwegstelsels 6