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Highlights der Astronomie
APOD vom18.01.05: NGC 346 in der Small Magellanic Cloud Die Magellanschen Wolken und andere Zwerggalaxien
Was sehen wir?
● Gaswolke (blau?)
● dunkle Staubstreifen
● viele Sterne
● innerhalb der Wolke Sterngruppen
● hellere Vordergrundsterne
● ansonsten dicht stehende Sternfelder
● vermutlich extragalaktisch, aber nicht zu fern Stern und Gaswolke in einer der
Magellanschen Wolken
NGC 346
● ist eigentlich der Sternhaufen im Zentrum
● der Nebel ist ähnlich wie derum die Plejaden einReflexionsnebel
● dabei wird das Licht ankleinen Staubteilchengestreut, wobei dieseden Blauanteil besser reflektieren als den Rotanteil (Effekt wie blauer Himmel)
● Größe: etwa 200 Lichtjahre
● da Entfernung etwa 200,000 LJ, ist die Winkelausdehnung alsoetwa 10 Bogenminuten
NGC 346 – ein Sternentstehungsgebiet
● wie so oft, wenn man Staub und Gaswolken hat, handelt es sich um ein Sternentstehungsgebiet
● die Sterne des Sternhaufens sind jung, heiß (einige 10,000 K), massereich (> 10 M⊙)
● die Lebenszeit solcher Sterne beträgt nur einige Millionen Jahre
● die Sternentstehungszeit aus einer so großen Wolke ist aber auch etwa solange
● daher können die massereichsten Sterne schon am Ende ihres Lebens angekommen sein, während andere noch im Entstehen sind
● einige davon sind vielleicht sogar schon als Supernvoae (Typ II) explodiert
Röntgenemission von NGC 346● CHANDRAAufnahme von
NGC 346
● Emission aus herzförmigemGebiet im RöntgenLicht
● Temperatur des emittierenden Gases etwa 8 106 K
● etwa 100 LJ groß
● es handelt sich vermutlichum den Überrest einer Supernova, die vor einigen tausend Jahren explodierte
● der Vorläuferstern könnte ein Begleiter der kleineren stellaren Röntgenquelle gewesen sein
● dabei handelt es sich um HD5980, ein massereicher veränderlicher Überriese (s. Carinae)
Henry Draper Catalogue
● HD steht für Henry Draper Catalogue
● veröffentlicht von Annie J. Cannon und Edward C. Pickering zwischen 1918 und 1924
● aus Archiven des Harvard Observatoriums
● aus photographischen Aufnahmen
● 225,300 Sterne in neun Bänden
● Spektren und SpektralKlassifizierung OBAFG...
● bis etwa 8. Größenklasse
● Name nach H. Draper, dessen Witwe das Geld für das Projekt zur Verfügung stellte
Röntgenemission um HD5980
ganzes Feld im Röntgen:75 Punktquellen außer der zentralen
im Optischenauch viele Quellen,aber nur die hellste(HD5980) stimmtmit Röntgenquelle überein
Seitenlänge 3 arcmin
im Infraroten auch wieder Sterne zu sehen
“BabySterne”
● HST hat mit der Advanced Camera angeblich auch 2500 Sterne entdeckt, die sich noch vor der Hauptreihe befinden, also daszentrale Wasserstoffbrennen noch nichtgestartet haben*
● insgesamt in NGC 346 ca. 70,000 Sterne
● in drei Generationen:
– einer 4.5 Milliarden Jahre alten– einer 5 Millionen Jahre alten – eine soeben in der Entstehung befindlichen
(*unbekannt, welche Methode; auch keine weiteren Daten)
4.7 arcmin
Die Kleine Magellansche Wolke
● “Nebel” im Sternbild Tucanae (Südhimmel)
● Ausdehnung etwa 280 x 160 arcmin (entspricht 5300 LJ)
● Entfernung 210,000 LJ (Entfernungsmodul 18.1)
● Typ: irregulärer Zwerg (dIrr)
Kleine Magellansche Wolke
mit dem Kugelsternhaufen47 Tucanae
auf der Sternkarte,Position von NGC 346 innerhalbder SMc
SMC in diversen Wellenlängen
im Sichtbaren
im Ultravioletten
im nahen IR
im fernen Infrarot
viele jungeSterne
die Große Magellansche Wolke
Typ: Irregulär (Irr)Entfernung 179,000 LJ
oder 18.5 magGröße: 650 x 550 arcmin
oder 10000 LJMasse: 1010 M⊙
helles Objekt links oberhalbist der TarantelNebel bzw.30 Doradus, wo auch SN1987Aexplodierte
Die Magellanschen Wolken...
● haben etwa ½ bzw. ¼ der Metallhäufigkeit der Milchstraßenscheibe
● besitzen für Zwerggalaxien viel Gas, daher viel Sternentstehung
● haben eigene Kugelsternhaufensysteme:
– SMC: Alter von 1 bis 13 GJ
– LMC: einige sehr alte bei 13 GJ, einige relativ junge (weniger als 3 GJ), nur einen im dazwischen liegenden Altersbereich
– Erklärung ?gravitative Wechselwirkung mitMilchstraße und SMC
Der Magellansche Strom
● da sich die Magellanschen Wolken im Gezeitenfeld der Milchstraße befinden, werden bei großer Annäherung Sterne aus ihnen gerissen, die dann der Bahn folgen, aber nicht mehr zu den beiden Galaxien gehören
Simulation des Magellanschen Stroms
(Connors, Kawata, Maddison & Gibson, 2004)
Zwerggalaxien normale Galaxien
● Masse 108 – 1010 M⊙
● absolute HelligkeitMV = 10 bis 20MB = 10 bis 20
● Geschindigkeitsdispersion bei 10 km/s
● in GalaxienHaufen ist die Gesamtmasse vergleichbar mit der in normalen Galaxien
● Typen:
– dE bzw. dSph
– dIrr
● Masse 1011 – 1013 M⊙ (oder auch darüber)
● absolute Helligkeit etwaMV = 18 und heller
● Geschindigkeitsdispersion bei 100 km/s
● Typen:
– elliptische
– Spiralgalaxien
– (irreguläre)
Vergleiche
dEBeispiel: NGC 205 (M110), Begleiter von M31
MV = 16.3
dIrrBeispiel: NGC 1705 eine StarburstGalaxie
17 Mill. LJ entfernt; Starburst, der nur wenige Mill. Jahre alt ist
nahe Zwerggalaxien
● einige Zwerggalaxien sind der Milchstraße so nahe, dass sie lange unentdeckt blieben
● werden gefunden durch
– erhöhte Sterndichte
– kinematische Eigenschaften im Geschwindigkeitsraum● befinden sich im Gezeitenfeld der Milchstraße und werden
daher schnell zerrissen
● Beispiele:
– Sagittarius zwergelliptische Galaxie*
– Fornax zwergsphäroide Galaxie
– Ursa Minor Zwerggalaxie
* es gibt auch noch eine Sagittarius dIrr!
Sagittarius ZwergElliptische (Sgr dE)
● auch “dwarf spheroidal” (dSph)
● liegt “hinter” dem galaktischenZentrum
● wurde 1994 entdeckt durch höhereSterndichte beim Blick in Richtung Sagittarius
● 190x490 arcmin, 80,000 LJ entfernt
● Masse 1/1000 der Milchstraße
● wird in nächsten 100 Millionen J. Scheibe durchfliegen
● hat bereits Teil ihrer Sterne und ihres Gasesverloren (tidal stream)
● obwohl 1020 Perigalactica erlebt, immer noch weitgehend intakt. Wieso?
Entdeckung von Sgr dE
erhöhte Sterndichte, unterhalbder Scheibe
Gruppe von Sternen mitdeutlich erhöhter Geschwindigkeit
Fornax dSph
● 450,000 LJ entfernt
● 20 106 M⊙ Masse
● 1938 entdeckt
● 4 helle Kugelsternhaufen (NGC 1079der bekannteste)
● dSph sind für gewöhnlich alt (10 GJ)
● dagegen haben dIrr wohl meist andauernde Sternentstehung
Sternpopulationen in Fornax dSph
● man kann die Einzelsterne noch auflösen und somit ein CMD untersuchen
● Ergebnis für Fornax:
– alte Population (10 GJ oder mehr)
– junge Population (200 MJ)
– Wechselwirkung mit Milchstraße?
2 Arten von Roten Riesen (rot)ergeben Gesamtpopulation (blau)
Metallizitätsverteilung
● in den lokalen Zwerggalaxien kann man meist noch wenigstens den Riesenast auflösen
● dieser ist breit, anders als in Kugelsternhaufen, die einen engen Metallgehalt haben
● durch Vergleich mit den Riesenästen von Kugelsternhaufen kann man die Breite und Verteilung des Metallgehalts in der Zwerggalaxie eingrenzen
Die Umgebung der Milchstraße
im Umkreis von 50,000 Lichtjahren
und von 500,000 LJ
Zwerggalaxien in der Lokalen Gruppe
● dIRR: gelb; dE/dSph: blaugrün; Übergangstypen: violett; Spiralen: offen
● http://www.ast.cam.ac.uk/~mike/local_members.html
● ca. 4045 Galaxien● davon 2 große
Spiralgalaxien● bilden 2 Subsysteme● und 2 Elliptische
(M32 und NGC 205)● 4 Irr● ca. 18 dSph/dE● ca. 12 dIrr
Beziehung Metallizität Helligkeit
● in den lokalen Zwerggalaxien besteht eine starke Korrelation zwischen Metallizität und Leuchtkraft im Blauen
● Helligkeit skaliert auch mit Masse, also eine MetallizitätMasseKorrelation
● Gasgehalt nicht wichtig, da für dSph und dIrr gleichniedrig
● nur Zahl der Sterne
Z∝LB0.4
hier Sauerstoff stellvertretend für alle Metalle
Sternentstehungsgeschichten
baryonische Dunkle Materie
● neutraler Wasserstoff (HI) erstreckt sich offensichtlich wesentlich weiter als leuchtendes Gas, ein Hinweis auf viel Dunkle Materie, die das Gravitationspotential ausmacht
NGC 2915 (dIrr, auch Blue CompactGalaxy;etwas außerhalbder lokalen Gruppe)
blau: HI, Radioweiß/gelb: optisch
Dunkle Materie● aus kinematischen Daten (dSph) kann man den Dunklen
Materie Anteil bestimmen
● für hellere Zwerge scheint log(M/L) mit 1/L zu gehen
● daneben aber ein Dunkler Halo mit konstanter Masse von etwa 2.5 107 M⊙ zu besitzen
● Gibt es also völlig dunkle Zwerggalaxien?
Was die Milchstraße von den Zwergen hat● das Gezeitenfeld der Milchstraße beeinflusst offensichtlich
Lebensdauer, Sternentstehung und damit chemische Entwicklung der nahen Zwerggalaxien
● umgekehrt akkretiert sie wohl Gas und Sterne aus den Zwergen
● damit ist die Entwicklung der Milchstraße kein geschlossenes System, sondern offen
● Beispiel: Kugelsternhaufensystem
– junge HaloKSH der MW haben Eigenschaften wie externe KSH der Zwerge Sgr und Fornax. Könnten alle (30) akkretiert sein
– ebenso 12 von 60 alten HaloKSH
– nur ca. 37 galaktische Scheiben und BulgeHaufen wären dann “original”
● bei Einzelsternen wohl ähnlich, aber nicht einfach nachzuweisen
Zwerge und Sternentstehung● diese “compact blue dwarf
galaxy” zeigt starke Stern(haufen)entstehung (rot)
● obwohl diese Galaxien wenig Gas haben, sind sie oft sehr aktiv
● außerdem sind sie sehr metallarm
● wir könnten daher Ereignisse sehen, wie sie sich in der Frühzeit der Milchstraße abgespielt haben (“Erste Sterne”)
Zwerge in Haufen
● zahlenmäßig dominieren Zwerggalaxien in Galaxienhaufen
● z.B. VirgoHaufen: 250 große, aber 2000 Zwerggalaxien
Abell 496 Galaxienhaufen(z=0.0331):bis zu 35,000 Galaxien
Galaxienentstehung
● im hierarchischen Bild entstehen aus primordialen Dichteschwankungen erst kleine Materieansammlungen (106 M⊙)
● diese verschmelzen dann zu größeren
● MergingTree
● am Ende stehen dann die großen Galaxien
● Zwerggalaxien wären dann die Bausteine dieser großen Galaxien
● nur früher, oder auch heute noch?
die GIFSimulation
● verbindet analytische mit numerischen Ergebnissen
● gezeigt ist die Entstehung und das Wachsenvon Galaxien
● Dark Matter: grau● Galaxien: rot, gelb, grün, blau: steigende Sternentstehung
● am Anfang: alle Galaxien isoliert und bilden heftig Sterne
● am Ende: im Zentrum der großen Struktur Gas aufgebraucht (Ellipsen), aber in der Peripherie noch Sternentstehung (Zwerge)
Entwicklung von Galaxien simuliert
Simulation von M. Steinmetz(Potsdam)
einmal relative ruhig einmal sehr heftig
Zusammenfassung
● Zwerggalaxien sind die zahlenmäßig häufigsten
● sind oft noch relativ wenig entwickelt, und erlauben daher Blick zurück
● sind weit weg von normalen Galaxien entstanden
● werden von diesen beeinflusst bis einverleibt
● Zwerge und Riesen beeinflussen sich gegenseitig
● die Entwicklung der Riesen (Milchstraße) ist nicht nur eine interne Geschichte
● Zwerge sind die Bausteine der Riesen, und der Bau geht vermutlich immer noch weiter
... und das nächste und letzte Mal
The Physics of Star Trek
LEIDER NICHT
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... und das nächste und letzte Mal
Astronomische Satelliten