Componenten en Structuur van de Melkweg

De Melkweg Halo Centrale verdikking Dunne schijf Dikke schijf 8.5 kpc

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

Verticale structuur van de schijf z Gilmore & Reid 1983: Fotometrie van 12500 sterren helderder dan mi=18 Richting Zuiden Galactische Pool - weinig stof/ lichtabsorptie Meestal dwerg (hoofdreeks-) sterren

<latexit sha1_base64="ehorpcz1hu8og9omfd5ufkt1vsk=">aaackxicbzdlsgmxfiyz9t7eqi7dbitqueumensiol24espyftpjywtsgkwyq5jryjbp4ku4catv4urduvczzlqvtppd4oc/53bovibmvgnhebmkq8mjo2pje/bk1ptmbhfu/lxficskjimwycsakckoihvnnsoxsssib4xcbddhef3ilkhfi3gmozhxowol2qiyarm1i8tv6k3bhservpy8jxhmw33ooldpma+frgxsw1xozs1iyak4xcg/xu2beuir1ix+emgee06exgwp1xcdwpspkppirjlbsxsjeb5bbdiwvibolj92v5pbzzoesbvj84sg3ftnriq4uh0emm78bdvyy8p/ao1et/b8lio40utg3qjwwqcoym4ghlqsrfnhgiqlnbdcfi0kwtoqtd1b7ndeorjh6lwz9jtzmgw2aeqo4vhr6puvnypzulu6ooytggelyamugqt2wqe4bjvqbxjcg0fwbj6tb+vferxee60fqz+zah7j+vgcua6k1q= 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 )

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

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)

Helderder sterren: kleinere schaal hoogte Gilmore & Reid 1983

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

<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 ~ 4.3 10 10 M (McMillan 2011) Rscl ~ 3.3 kpc, zscl ~ 1350 pc Mthick ~ 1.4 10 10 M (McMillan 2011)

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

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 = 10 10 (m M)/5 10 kpc

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~+0.75 3194 3194 3194 V130 1515 V130 15.5 15.5 1616 CORWIN & CARNEY 16.5 16.5 15.5 V131 16 16.5 15.5 16 V135 15.5 15.5 1616 16 16.5 16.5 16.5 15 1515 15.5 1616 V132 V134 V134 V136 V139 V139 CORWIN&&CARNEY CARNEYCORWIN & CORWIN 15 15.5 15.5 15.5 16 1616 16.5 16.5 V130 V131 V131 15 15.5 15.5 15.5 15.5 1616 16.5 16.5 V134 V133 V135 V135 V V 15.5 15.5 1616 16 Vol. 122 16.5 16.5 16.5 1515 15.5 15.5 15.5 16 1616 16.5 16.5 16.5 1515 15.5 15.5 15.5 1616 16 V131 V132 V132 1 1 V135 V136 V136 Phase Phase V139 V140 V137 V140 V142 V140 V142 Corwin & Carney (2001) 1515 15 15 15.5 15.5 15.5 16 1616 16 1 1 1 11 1 1

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

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

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

Halo RR Lyrae sterren 1966ApJS...13..379K 1966ApJS...13..379K Kinman et al. 1966

<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 2 0 + 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 2 0 + Gemeten ρ(z), aangenomen (c/a) K en n. Z2 (c/a) 2

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

<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)

<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 ~ 85000. (Suntzeff et al. 1991)! Aantal RR Lyraes in bolhopen ~ 1700 Massa van bolhopen ~ 2 10 7 M Massa van halo ~ 9 10 8 M.

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

M31: veel structuur in halo M33: geen structuur Verschillende evolutionaire geschiedenissen? Ferguson et al. 2006, astro-ph/0601121

Stromen zijn ook in andere stelsels gevonden. Hier een door getijdekrachten vernietigd dwergstelsel? D. Martinez-Delgado et al. astro-ph/0805.1137 NGC 5907 http://www.cosmotography.com/images/small_ngc5907.html

Stofwolken Galactische centrum Onzichtbaar door interstellair stof. Extinctie bij visuele golflengten: AV ~ 30 mag (factor 10 12!) http://home.arcor-online.de/axel.mellinger/

Stof en gas in de Melkweg

Stof in andere sterrenstelsels Zijaanzicht ( edge-on ) spiraalstelsel: NGC 891 Het stof bevindt zich meestal in een dunne laag.! Dikte ~50-100 pc

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

Extinctie van licht door stof Combinatie van verstrooiing ( scattering ) en absorptie van licht Geabsorbeerd licht wordt opnieuw uitgezonden bij langere golflengten (infrarood straling) Albedo ~ 0.6 -- De stofkorrels zijn bijna wit! Albedo s - de Maan ~ 0.12 - Asfalt ~ 0.12 - Nieuw beton ~ 0.55 - IJs 0.5-0.7

SiC stofkorrels uit Murchison meteoriet (A. Davies, http://geosci.uchicago.edu/people/davis.shtml) Stofkorrel verzameld door NASA U2 vliegtuig

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. http://homepage.univie.ac.at/peter.woitke/agb_popular.html

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.

Stofwolk: Barnard 68 APOD 2006 April 9

Interstellaire cirrus Opname in infrarood licht. Stof is hier direct zichtbaar. Temperatuur ~ 10-100 K Emissie bij ~ 30-300 μm! Volgens Wien s wet: max = 2900 µm K T

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

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

<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

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.

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

<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 = 10 12 F <latexit sha1_base64="sdkxqxxakkvkmfkzxakcduug14k=">aaacgnicbvdlsgmxfm3uv62vqudgtbailrtmikgboaaulxvsftp1ygrsdu0yq5jrspxpcenw/8kvuhxjt/gnzuos1hrgwugcezmxeyamku26h05pynjqeqy8w5mbx1hcqi6vdfscskzaogaxvayriowk0tzum3kzsij4ymhfodjo/ytbihwnxbkejqth0bwgfyqrtljqxwsghxgepffk7hi7gwwgprp V,0 zichtbaar licht F J =4.4 10 4 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

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

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

Balkstructuur komt vaak voor

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.

De Centrale Verdikking Oude, metaal-rijke sterren (in tegenstelling tot de metaal-arme halo) Totale massa ~ 1.8 1010 M (Sofue et al. 2009) De helft van de massa binnen 0.5 kpc

Onderdelen van de Melkweg Dunne schijf Dikke schijf Centrale verdikking Halo Massa [10 43 14 18 1 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

Het Galactische centrum AV ~ 30 mag (FV ~ 10-12 FV,0) AK ~ 3 mag (FK ~ FK,0/20)

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

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 (1.2-2.2 μm), Genzel et al. (http://www.mpe.mpg.de/ir/gc/index.php)

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)

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

Het Galactische centrum: radio golflengten

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

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

Zwarte gaten in andere sterrenstelsels: AGN

M87: optische en LOFAR beelden

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