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Sterne, Galaxien und das UniversumTeil 6: Die Milchstraße
Peter [email protected]
Hamburger SternwarteGojenbergsweg 112
21029 Hamburg
5. Juli 2019
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Die Milchstraße
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Übersicht
I Was ist die Milchstraße?I Form und GrößeI AufbauI SpiralarmeI Zentrum
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Herschel’s Milchstraße
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Aufbau der Milchstraße
I Vermutung 18. Jahrhundert →I Milchstraße ist eine Scheibe aus SternenI Sonne sitzt innerhalb der ScheibeI Wo? Sternzählungen (Herschel) →I Zentrum (siehe Bild oben)I → dieses Ergebnis war falsch!I Sternhaufen AnalyseI → Entdeckung des IntStell Staubs!I Staub verdeckt die allermeisten Sterne!I → können nur die Nahe Sonnenumgebung sehen!
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Aufbau der Milchstraße
I Verteilung der Kugelsternhaufen (Shapley)I liegen nicht in der ScheibeI Entfernung durch CepheidenI → Räumliche Verteilung um die Milchstraße
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Kugelsternhaufen
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Aufbau der Milchstraße
I Kugelsternhaufen:sphärisch verteilt
I Sonne ca. 8 kpc vomZentrum
I liegt in der Scheibe
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Aufbau der Milchstraße
I im sichtbaren Licht können wir den Kern der Milchstraßenicht sehen
I → Staub ist durchsichtiger für IR!I strahlt auch selber im IR ab
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Staub im IR
I COBE SatellitI 1.2, 2.2, 3.4µm
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Staub im IR
I IRAS SatellitI 25, 60, 100µm
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Aufbau der Milchstraße
I Staub ist durchsichtig in Radio!I → können das Zentrum sehen (s.u.)I zusammen lassen sich Aufbau und Größe feststellen:
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Aufbau der Milchstraße
I Scheibe:I Durchmesser: 50 kpcI Dicke: 0.6 kpc
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Aufbau der Milchstraße
I ’central bulge’I aus Sternen!I Durchmesser: 2 kpcI nicht rund . . .I Erdnuss-förmig
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Aufbau der Milchstraße
I HaloI Kugelsternhaufen!I Durchmesser: 50 kpcI enthält auch SterneI fast sphärisch
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Milchstraße
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Milchstraße von ’Außen’
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Aufbau der Milchstraße
I Details des Aufbaus unbekannt bis zur Entwicklung derRadioastronomie
I häufigstes Element: WasserstoffI → suche nach IntStell WasserstoffI aber: Linien liegen im UV oder SichtbarenI glücklicherweise kann H auch im Radiobereich emittieren:
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21 cm Linie
I Spin → Proton, Elektronwie kleine Stabmagneten
I → Energiegehalte von H Ihängt von Ausrichtung ab
I spin-flip von ’oben’ nach’unten’
I Photon mit 21 cmWellenlänge
I Gas muss sehr verdünntsein damit das funktioniert
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Milchstraße in 21 cm Radio
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Aufbau der Milchstraße
I 21 cm Linie zeigt nur neutralen WasserstoffI keinen ionisierten WasserstoffI keinen molekularen WasserstoffI Verteilung ist nicht homogenI erlaubt die Scheibe der Milchstraße zu untersuchen
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Spiralarme
I H I Wolken laufen um dasZentrum
I →Dopplerverschiebungen!
I nur projizierteGeschwindigkeiten
I einige Bereiche lassen sichso nicht untersuchen
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Spiralarme
I → Karte der H IVerteilung
I Gelber Pfeil: SonneI StrukturI → Milchstraße hat
Spiralarme
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Spiralarme
I H I Verteilung in anderenGalaxien
I Beispiel: M83I 4Mpc EntfernungI sichtbares Licht:I junge, blaue Sterne in den
Armen
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Spiralarme
I Beispiel: M83I in 21 cm RadioI → H I Wolken in den
Spiralarmen
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Skizze der Milchstraße
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Rotation der Milchstraße
I Spiralarme → Milchstraße rotiert?I genaue Bestimmung ist schwierig!I 21 cm Linie → Rotation der H I WolkenI Sterne, Gas etc laufen um das ZentrumI innerhalb der Scheibe mit fast konstanter Geschwindigkeit
relativ zur Sonne
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Rotation der Milchstraße
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Rotation der MilchstraßeI sehr unterschiedlich zu starrer Rotation
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Rotation der MilchstraßeI auch sehr unterschiedlich zu Kepler Rotation
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Rotation der Milchstraße
I müssen auch wissen wie schnell die Sonne sich bewegtI das lässt sich am besten mit andere Galaxien oder
Kugelsternhaufen messenI → Sonne bewegt sich mit 220 km/sI → Umlaufperiode: 220Myr
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Rotation der Milchstraße
I damit lässt sich die Masse innerhalb der Sonnenbahnbestimmen (Kepler 3)
I → etwa 9× 1010 M�
I → Masse der Milchstraße muss größer seinI Daten für H I Wolken etc.I Bestimmung der Rotationskurve der Milchstraße
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Rotationkurve
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Rotation der Milchstraße
I Zentralgebiet → starre RotationI Geschwindigkeit nimmt nach außen nicht ab!I → Gesamtmasse mehr als 6× 1011 M�
I → es muss viel Masse außerhalb des sichtbaren Bereichesder Milchstraße geben
I die kann man aber nicht sehen!
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Rotation der Milchstraße
I → Dunkle MaterieI Was ist Dunkle Materie?I 2 Kandidaten:I MACHOs
I massive compact halo objectsI Schwarze Löcher, Sterne, Braune/Weiße ZwergeI Massen zwischen 0.01 M� bis 1 M�
I WimpsI weakly interacting massive particlesI sub-atomare TeilchenI Neutrinos etc.
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Spiralarme
I Woher kommen die Spiralarme?I die Arme können mit der beobachteten Rotation nicht
stabil seinI sie würden sich innerhalb weniger Umdrehungen
aufwickeln:
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Aufwickeln der Arme
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Aufwickeln der Arme
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Spiralarme
I → Spiralarme können nicht aus immer denselben Sternenbestehen
I Lindblad (1940):I Spiralarme sind eine Art Dichtewelle die durch die
Milchstraße läuftI in den Maxima ist die Stern/Teilchendichte höherI Dichtewelle ist langsamer als Sterne etcI wird angetrieben durch Gravitationskräfte der Sterne
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Dichtewellen
I in den Zonen hoherDichte bilden sich Sterne
I → junge (blaue) Sterne inden Spiralarmen
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Spiralarme
I Dichtewellen brauchen EnergieI geliefert durch Bulge (nicht sphärisch)I oder durch Wechselwirkung mit anderen Galaxien
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Dichtewellen
I produzierenI grand-design spirals
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Spiralarme
I es gibt auchI flocculent spiralsI produziert durch
selbst-verbreitendeSternbildung
I meistens beide Prozesseaktiv?
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Das Zentrum
I Sterndichte sehr hoch:I vom Zentrum aus →I 1M Sterne so hell wie
SiriusI Nachthimmel 200 mal so
hell wie Vollmond!
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Das Zentrum
I IR BildI zeigt das ZentralgebietI viele StaubwolkenI geheizt durch junge OB
SterneI Sgr A: stärke IR Emission
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Sgr A
I ist auch stärksteRadioquelle
I ca. Vollmond (60 pcDurchmesser)
I Filamente →I Magnetisches Feld
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Sgr A
I innerster Bereich (7 pc)I mini-spiraleI Sgr A∗
I → Zentrum derMilchstraße
I umgeben von Ring ausMolekülwolken
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Zentralgebiet
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Sgr A∗
I Was ist Sgr A∗?I beobachte Sterne nahe ZentrumI hohe UmlaufgeschwindigkeitenI Kepler 3 → Masse des ZentrumsI → 2.6× 106 M�
I → supermassives Schwarzes LochI was anderes passt nicht rein!
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Sgr A∗
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