1 HerschelsHerschelsVintergataVintergata(ca 1784)(ca 1784) UpplUpplääggggIIII UpplUpplääggggII

Översiktskurs i astronomi Ö versiktskurs i astronomi Lektion 10:

Lektion 10:

Vintergatan och andra galaxer Vintergatan och andra galaxer

Upplä Uppl ägg gg I I

VintergatanVintergatan

VVåårrplats i plats i VintergatanVintergatan

VintergatansVintergatansuppbyggnaduppbyggnad

StjStjäärnhoparrnhopar

Population I, II & IIIPopulation I, II & III

DifferentiellDifferentiellrotationrotation

MMöörkrkmateriamateria

SpiralarmarSpiralarmar

TTääthetsvthetsvåågorgor

VintergatansVintergatanscentrumcentrum

Uppl Upplä ägg gg II II

Andra

Andra

galaxer

galaxer

HubblesHubblesstästämgaffeldiagrammgaffeldiagram

Spiralgalaxer, Spiralgalaxer, LinsformadeLinsformadegalaxer, galaxer, ElliptiskaElliptiska galaxer

galaxer, , DvDväärggalaxerrggalaxer

V

Vå år galax, Vintergatan r galax, Vintergatan

Herschels

Herschels Vintergata Vintergata (ca 1784) (ca 1784) ^{Vå V} år plats i Vintergatan r plats i Vintergatan

Vintergatans uppbyggnad Vintergatans uppbyggnad

KäKärnarna

CentralföCentralförtrtäätning (eng. tning (eng. bulgebulge))

Skiva (eng. disk) Skiva (eng. disk)

StjäStjärnhalo, delvis bestrnhalo, delvis beståående av klotformiga stjende av klotformiga stjäärnhopar. rnhopar.

Vintergatans spiralm Vintergatans spiralmö önster nster

H Häär finns:r finns:

Neutral väNeutral vätgas (HI)tgas (HI)

Molekylmoln Molekylmoln

Unga stjäUnga stjärnor rnor

HII-HII-omrområåden den

OB-OB-och Toch T-- associationer associationer

Öppna stjÖppna stjäärnhoparrnhopar

Spiralgalaxen M 83 Spiralgalaxen M 83

Galaxen liknar troligen Galaxen liknar troligen v

våår Vintergata. Dessr Vintergata. Dess avst

avståånd nd äär 7 miljoner r 7 miljoner pc.

pc.

CO i en

CO i en spiralgalax spiralgalax

Den neutrala v

Den neutrala vä ätgasens f tgasens fö ördelning i rdelning i Vintergatan

Vintergatan

21-21-cm observationer cm observationer av HI.

av HI.

Den neutrala v

Den neutrala v ätgasens f ä tgasens fö ördelning i rdelning i Vintergatan

Vintergatan

Principen bygger påPrincipen bygger på dopplerf

dopplerföörskjutningrskjutningav av 21-21-cm linjen.cm linjen.

Vintergatan i olika v

Vintergatan i olika v ågl å glä ä ngdsband ngdsband Olika objekt i Vintergatan Olika objekt i Vintergatan

Ö

Öppna stjppna stjäärnhoparrnhopar.. St

Stöörre ansamlingar avrre ansamlingar av unga (

unga (≈≈1010⁶⁶åår) stjr) stjäärnor rnor antal: 100

antal: 100——1000 stj1000 stjäärnor,rnor, l

lööses upp med tiden.ses upp med tiden.

Exempelvis Plejaderna p Exempelvis Plejaderna påå ett avst

ett avståånd av 400 ljusnd av 400 ljusåår,r, inneh

innehååller ungefller ungefäär 3 000r 3 000 stj

stjäärnor.rnor.

Olika objekt i Vintergatan Olika objekt i Vintergatan

Klotformiga stj

Klotformiga stjäärnhopar.rnhopar.

Ansamlingar av gamla r Ansamlingar av gamla röödada stjstjäärnor i halon, bestrnor i halon, beståår avr av 10 000

10 000--tals stjtals stjäärnor. rnor. ÄÄr r stabila system och de stabila system och de ääldsta ldsta objekt vi k

objekt vi käänner till.nner till.

De klotformiga stj

De klotformiga stjä ärnhoparnas banor rnhoparnas banor i halon

i halon

Stj

Stjä ärnhoparnas rnhoparnas å åldrar ldrar

StjStjäärnhoparnas rnhoparnas ååldrar kanldrar kan erherhåållas ur ett fllas ur ett fäärgrg--magnitudmagnitud diagram d

diagram däär den s.k. r den s.k. ””turnoffturnoff-- point

point””utnyttjas.utnyttjas.

Huvudserien avfolkas p Huvudserien avfolkas påå stjstjäärnor allteftersom tiden grnor allteftersom tiden gåår.r.

Med v

Med våår kunskap om stjr kunskap om stjäärnrn--

Stj Stjä ärnpopulationer i Vintergatan rnpopulationer i Vintergatan

* Population I: Unga stj

* Population I: Unga stjäärnor, de hrnor, de höögsta gsta metallhalterna. Dessa finns fr

metallhalterna. Dessa finns fräämst i skivan.mst i skivan.

* Population II: Gamla stj

* Population II: Gamla stjäärnor, de lrnor, de läägsta gsta metallhalterna. Dessa finns fr

metallhalterna. Dessa finns fräämst i halon.mst i halon.

OBS!

OBS!

Population III Population III

Astronomer sAstronomer söökerkerfortfarandefortfarandeefterefteren en hypotetiskhypotetisk population III i

population III i VintergatanVintergatan: :

Z=0, bestZ=0, beståårrbarabaraavavvväätete& helium& helium

BildadesBildadesmycketmyckettidigttidigti unversumsi unversumshistoriahistoria((nnåågragra hundra

hundramiljonermiljoneråårrefterefterBig Bang) Big Bang)

Men sMen söökandetkandetkankanvaravarahopplöhopplöstst…… Om de

Om de fföörstarstastjstjäärnornarnornavarvarmycketmyckettungatunga kanske

kanskede de kollapsadekollapsadetill till svartasvartahåhåll

Nytt hopp: James Webb Space Telescope kanske (omkring 2013) kan detektera dem direkt i de mest avlägsna / första galaxerna

M Mö örk materia i Vintergatan rk materia i Vintergatan

Vintergatans rotationskurva, Vintergatans rotationskurva, äär helt olikt s.k. r helt olikt s.k. keplerbanorkeplerbanor,, t.ex. i v

t.ex. i våårt solsystem. rt solsystem.

Faktiskt

Faktiskt öökar hastigheterna lkar hastigheterna läängre ngre ut fr

ut fråån Vintergatans centrum till n Vintergatans centrum till och med s

och med såålålångt ut att ingen synlig ngt ut att ingen synlig materia finns som kan uppr materia finns som kan uppräätthtthåålla lla r

röörelserna! relserna!

Denna osynliga materia kallas:

Denna osynliga materia kallas:

MMöörk materiark materia

M Mö örk materia i Vintergatan rk materia i Vintergatan

Vintergatans totala massa torde vara minst 10

Vintergatans totala massa torde vara minst 10^{12 12} MM_varav varav endast en tiondedel utg

endast en tiondedel utgöörs av stjrs av stjäärnor rnor ––ca 200 miljarder ca 200 miljarder (2(2××1010¹¹¹¹) stycken –) stycken –och gas.och gas.

Slutsats:

Slutsats:

Stj

Stjäärnor, gas och stoft utgrnor, gas och stoft utgöör mindre r mindre ään 10% av n 10% av Vintergatans massa. Vad best

Vintergatans massa. Vad beståår resten av?r resten av?

?

Mö M örk materia i Vintergatan rk materia i Vintergatan

NNåågra kandidater till mgra kandidater till möörk materia:rk materia:

•

•Exotiska elementarpartiklar, ex. Exotiska elementarpartiklar, ex. neutralinerneutralineroch axioneroch axioner, , som beh

som behöövs fvs föör att tr att tääppa till besvppa till besväärande hrande håål i nuvarande l i nuvarande partikelfysik.

partikelfysik.

••Svarta hSvarta håål eller andra sml eller andra småå, kompakta f, kompakta fööremremååll (s.k.

(s.k. MACHOsMACHOs; Massive ; Massive CompactCompactHalo Halo ObjectsObjects) ) Dessa bidrar med massa men inte med n

Dessa bidrar med massa men inte med nåågon (eller gon (eller mycket liten) elektromagnetisk str

mycket liten) elektromagnetisk stråålning. De lning. De äär dr däärfrföör r mmöörka.rka.

M

Mö örk rk Materia Materia i Universum i Universum

~3%

(Ljusstark)

~97%

(Mörk)

Spiralarmar Spiralarmar

I spiralarmarna hittar man:

Unga stjärnor, HII-områden, HI-moln och molekylmoln

Spiralarmar Spiralarmar

Hur skapas spiralm

Hur skapas spiralmöönstret i galaxer?nstret i galaxer?

En naturlig konsekvens av differentiella rotationen.

En naturlig konsekvens av differentiella rotationen.

Men det finns en hake Men det finns en hake……

Spiralarmar Spiralarmar

Spiralarmarna

Spiralarmarnaskulleskullelindaslindasuppuppochochupplupplöösassas alldeles

alldelesfföörrsnabbt, snabbt, omomdifferentielldifferentiellrotation rotation vorevore den den huvudsakligahuvudsakligafföörklaringenrklaringentill till spiralstrukturenspiralstrukturen

Tä T äthetsv thetsvå ågteorin gteorin I I

Scenario:

Scenario:

Framf

Framföörallt stjrallt stjäärnorna i en galax vrnorna i en galax vääxelverkar med varandra xelverkar med varandra och orsakar sm

och orsakar smååststöörningar i varandras banor. Detta skapar rningar i varandras banor. Detta skapar ett spiralformat m

ett spiralformat möönster som roterar runt galaxens centrum nster som roterar runt galaxens centrum med samma hastighet oavsett avst

med samma hastighet oavsett avstååndet frndet fråån centrum n centrum –– en sen sååkallad tkallad tääthetsvthetsvåågg..

T

Tääthetsvthetsvåågmgmöönstretnstretroterar ca 30 kmsroterar ca 30 kms^-1-1lålångsammare ngsammare ään n stj

stjäärnorna, gasen och stoftet vilket innebrnorna, gasen och stoftet vilket innebäär att de hinner ifatt r att de hinner ifatt och bromsas upp av spiralm

och bromsas upp av spiralmöönstrets gravitationspotential.nstrets gravitationspotential.

T Tä äthetsv thetsvå ågteorin gteorin II II

Sammanpressning av gas och stoft skapar chockv Sammanpressning av gas och stoft skapar chockvåågor ochgor och stj

stjäärnbildning.rnbildning.

Allteftersom stj

Allteftersom stjäärnorna, gasen och stoftet lrnorna, gasen och stoftet läämnar spiralmnar spiral mömönstret ersnstret ersäätts de av nytt material. tts de av nytt material.

En synlig spiralarm

En synlig spiralarm äär sr sååledes en temporledes en temporäär ansamling avr ansamling av stjästjärnor, gas och stoft drnor, gas och stoft däär materialet hela tiden byts ut.r materialet hela tiden byts ut.

Sammanfattning av

Sammanfattning av t tä äthetsv thetsvå ågteorin gteorin Vintergatans centrum Vintergatans centrum

I riktning mot skyttens stjäI riktning mot skyttens stjärnbild. rnbild.

KäKärnan i rnan i SgrSgrA*.A*.

25-25-30 magnituders 30 magnituders extinktionextinktioni visuellt i visuellt ljus. Dock "synligt" i IR och radio.

ljus. Dock "synligt" i IR och radio.

Kring käKring kärnan finns snabbt roterande rnan finns snabbt roterande stjästjärnor (1 500 kmsrnor (1 500 kms^--11) samt joniserad ) samt joniserad gas. Synkrotronstr

gas. Synkrotronstråålning emitteras.lning emitteras.

En massa av En massa av ≈≈2,6 2,6 ×10×10⁶⁶MM_inom ett inom ett

Andra galaxer Andra galaxer

Hubbles st

Hubbles stä ämgaffeldiagram mgaffeldiagram

Hubbles st

Hubbles stä ämgaffeldiagram I mgaffeldiagram I

Spiraler (S) och Stavspiraler (SB) Spiraler (S) och Stavspiraler (SB)

BeståBestår av alla typer av stjr av alla typer av stjäärnor, frrnor, fråån bln blåå(unga) till (unga) till r

rööda (gamla) stjda (gamla) stjäärnor.rnor.

BeståBestår av mycket gas och stoft.r av mycket gas och stoft.

Har spiralarmar och skiva samt centralföHar spiralarmar och skiva samt centralförtrtäätning.tning.

Hubbles st

Hubbles stä ämgaffeldiagram II mgaffeldiagram II

Linsformade galaxer (S0 och SB0) Linsformade galaxer (S0 och SB0)

Som spiraler men utan spiralarmar.Som spiraler men utan spiralarmar.

Har skiva och centralföHar skiva och centralförtrtäätning samt mycket gas tning samt mycket gas och stoft.

och stoft.

Hubbles st

Hubbles stä ämgaffeldiagram III mgaffeldiagram III

Elliptiska galaxer (E) Elliptiska galaxer (E)

NäNästan enbart rstan enbart rööda (gamla) stjda (gamla) stjäärnor.rnor.

Endast mycket litet gas och stoft.Endast mycket litet gas och stoft.

Undergrupper till st

Undergrupper till stä ämgaffeldiagrammet I mgaffeldiagrammet I

Sa och

Sa och SBaSBa

Stor centralfStor centralföörtrtäätning.tning.

TTäätt lindade armar.tt lindade armar.

Ringa Ringa ””knottrighetknottrighet””(knottrigheten orsakas av (knottrigheten orsakas av stj

stjäärnbildningsomrrnbildningsområåden).den).

Undergrupper till st

Undergrupper till stä ämgaffeldiagrammet II mgaffeldiagrammet II

ScScoch SBcoch SBc

Liten centralfLiten centralföörtrtäätning.tning.

Glest lindade armar.Glest lindade armar.

Betydande Betydande ””knottrighetknottrighet””.. Sb och

Sb och SBbSBbär mellanting av de bär mellanting av de bååda klasserna.da klasserna.

Undergrupper till st

Undergrupper till stä ämgaffeldiagrammet III mgaffeldiagrammet III

E0E0--galaxergalaxer

Runda.Runda.

E7E7--galaxergalaxer

Mest avplattade (ovala).Mest avplattade (ovala).

Oregelbundna

Oregelbundna galaxer galaxer Dvä Dv ärggalaxer rggalaxer

Stora och Lilla

Stora och Lilla Magellanska Magellanska molnen molnen (LMC och SMC), avst

(LMC och SMC), avstå ånd 160 000 resp. nd 160 000 resp.

200 000 ljus 200 000 ljuså år r

Vilken

Vilken galaxtyp galaxtyp? ?