Sterrenstelsels 2005-2006

Docent: Paul Groot & Gijs Nelemans

• Overzicht inhoud college• Studiewijzer• Colleges op maandag en donderdag• Hoorcollege + werkcollege opgaven• Galaxies in the Universe: An Introduction Sparke & Gallagher (2000)

Melkwegstelsel NGC1232

It is happening now!

• Instrumentele ontwikkeling• Waarnemingen complete electromagnetische spectrum• Bepaling Hubble constante H0 = 72 3 km/s per Mpc• Oerknalmodel - 3K achtergrondstraling - Hubble expansie - Kosmologische constante• Evolutie melkwegstelsels: botsingen• Zwaartekrachtslensen• Gamma-ray bursts

Very LargeTelescope

Hubble SpaceTelescope

Hubble Deep Field

Vele onbeantwoorde vragen

• Hoe worden melkwegstelsels gevormd, met name ons eigen Melkwegstelsel, en hoe evolueren ze?• Wat zijn de bestanddelen en fysische eigenschappen van een melkwegstelsel? - Bevindt zich in de kern van ieder stelsel een enorm zwart gat? - Wat is de fysische aard van de donkere materie? - Welk proces is verantwoordelijk voor de vorming van (balk)spiralen? - Hoe worden (de eerste) sterren gevormd?• Wat bepaalt het onderscheid tussen de verschillende melkwegstelsels?• Hoe zit het met de structuur van het heelal op grote schaal?

Ontwikkeling van het wereldbeeld

• Melkweg: “galaksias” (Grieks) “via lactae” (Latijn) Ptolemaeus (87-150) Almagest• Renaissance: Heliocentrisch wereldbeeld Copernicus (1473-1543) Brahe (1546-1601) Kepler (1571-1630)• Uitvinding telescoop 1608 (Van Lippershey) Galilei (1564-1642) - ontdekking manen van Jupiter - melkweg bestaat uit duizenden zwakke sterren

Ontwikkeling van het wereldbeeld (II)

• Sterren zijn objecten als onze Zon Huygens (1629-1695) vergelijkt Sirius met de Zon: 28.000 maal verder weg (1/20e van de echte waarde)

• Sterren roteren onder zwaartekracht in enorm afgeplat stelsel Kant (1724-1804) Algemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels

• Nevels zijn “eiland universa”, net als ons Melkwegstelsel Kant, Messier (1730-1817)

William Herschel (1738-1822)

• Ontdekker Uranus• Parallax niet gemeten, wel geprobeerd• Meet apex beweging (~20 km/s)

parallax

arcsecin en

parsecin met /1

dd

Bessel (1839): 61 Cyg = 0.3”

• Stertellingen in ca. 130 velden in een vlak loodrecht op de melkweg: 80 eenheden naar polen 450 eenheden in het vlak

100 miljoen sterren Zon * in centrum afwijking (rechts) in richting Scorpio (extinctie)

Jacobus Cornelis Kapteyn (1851-1922)

• Opgave: herleid de sterdichtheid als functie van de afstand uit de verdeling van sterren over hun schijnbare helderheid in een bepaalde richting

• Benodigd: intrinsieke helderheids- verdeling van sterren Lichtkrachtfunctie

• Methode: statistische aanpak; de gemiddelde eigenbeweging van sterren neemt af met de afstand

Kapteyn (1922): Sterrenstelsel heeft straal van 3000 pc en een dikte van 1000 pc; de Zon bevindt zich op 650 pc van het centrum

Shapley (1885-1972):Afstand tot centrummelkweg bedraagt13.5 kpc in de richtingvan Sagittarius

Verdeling van bolhopen

Edwin Hubble (1889-1953)

Edwin Hubble bij de 48 inchTelescoop op Mount Palomar

• Grootste telescoop: 100 inch Mount Wilson• Ontdekt (1924) afzonderlijke sterren in Andromeda (M31) en M33: Cepheiden afstand 2 x 106 lichtjaar• Spectra van vele sterrenstelsels roodverschuiving - Melkwegstelsels bewegen van elkaar weg - v = H x r • Classificatie sterrenstelsels

Lindblad (1895-1968) en Jan Oort (1900-1992)

Jan Oort

• Kapteyn: “sterstromen”• Lindblad en Oort (1927): gevolg van differentiele rotatie van ons Melkwegstelsel “plaatje” Melkwegstelsel

Snelheden interstellair waterstof gasworden gemeten met nieuwe radiotelescopen; hier de opening van de25m telescoop in Dwingeloo doorKoningin Juliana

Overzicht inhoud colleges

• Sterren: de galactische bouwstenen• Structuur van het Melkwegstelsel

• Melkwegstelsel als onderdeel Lokale Groep• Spiraalstelsels, elliptische stelsels, etc.• Bijzondere melkwegstelsels (AGN, quasar, etc.)• Grote-schaal structuur

Orion

LMC + SMC

Sterren: de galactische bouwstenen

Open sterrenhoop:De Pleiaden

• Eigenschappen van sterren (L, T, R, M, …)• Bouw en evolutie van sterren• Sterrenhopen• Afstandsbepaling (parallax, Cepheiden)

Ons Melkwegstelsel

Bolhoop M3 M31

• Verschillende componenten: schijf, bulge, halo, bolhopen• Sterpopulaties• Lichtkracht- en massafunctie• Interstellaire medium en extinctie

Melkwegstelsels in een expanderend heelal

Hubble classificatie schema Wet van Hubble

• Verschillende soorten melkwegstelsels• Expansie: wet van Hubble• 3K achtergrondstraling• Van oerknal tot nu• Simpele heelalmodellen

Galactische rotatie en Melkwegcentrum

• Constanten van Oort• Rotatiecurve: donkere materie• Gas in schijf en buitengebieden Melkweg• Een zwart gat in het centrum van onze Melkweg

De banen van sterren

• Beweging onder invloed van de zwaartekracht• Viriaaltheorema en viriaalmassa• Dynamische relaxatie• Spiraalstructuur• Snelheidsdispersie

0.2

xFPEKE ext

Viriaaltheorema:

De Lokale Groep

• Satellieten van de Melkweg• Spiraalstelsels, dwergstelsels• Chemische evolutie• Vorming en toekomst Lokale Groep

Spiraalstelsels en S0 stelsels

• Gasbeweging en massa• Tully-Fisher relatie• Spiraalarmen en bars• Bulges en kernen• Groepen• Botsingen en mergers

Elliptische stelsels• Fotometrie• Sterbewegingen• Fundamental plane• Donkere materie en zwarte gaten• Clusters

Cen A

Abell 1689

Grote-schaal structuur

• Clusters, walls, voids• The Great Attractor • Expansie homogeen heelal• Supernovae Type Ia, WMAP en de kosmologische constante

Actieve melkwegstelsels

M87

• AGN, Seyfert, radio stelsels• Synchrotron emissie• Starburst galaxies• Superluminal motion, jets• Zwarte gaten

Cartwheel

Quasar absorptie lijnen

• Quasars• Damped Lyman alpha systems, Lyman alpha forest• Gamma-ray bursts