Sterrenstelsels 2005-2006Docent: 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