6
Galaxer
Galaxerna är de synliga "byggstenarna"
av universum. Man räknar med att
det finns ∼ 170 miljarder galaxer i den
observerbara delen av universum, dvs.
inom ca 14 miljarder ljusår.
Galaxernas storlek varierar:
• massan 107 − 1013M⊙
• radien 0.5 - 100 kpc
Solen hör till Vintergatan:
• Spiralgalax med 200-400 miljarder
stjärnor
• Solen är ca 8 kpc från Vintergatans
centrum.
• Äldsta stjärnorna
ca 13 miljarder år gamla.
Spiralalaxen
M109 anses
likna Vintergatan.
(Perkins/AstroCruise)
117
6.1
Vintergatans struktur
Vi ser Vintergatan som ett dimmaktigt
bälte över himmelen.
Vintergatan i 360o:s panorama (K. Lundmark, Lund Obs.)
Interstellära absorptionen ⇒ vi ser (optiskt) endast de närmaste spiralarmarna.
I infrarött framträder Vintergatans skiva
och centrum. (Bild: Caltech/Univ. of
Mass.)
118
Första försöken att räkna ut Vintergatans struktur: William Herschel (1785)
⇒
Fördelningen av klotformiga stjärnhopar ⇒
Vintergatans massmedelpunkt ca 8 kPc
från solen.
(Bild: Shapley, 1918)
Vintergatans spiralstruktur verifierades
bl.a. med fördelningen av H i -regioner.
7−→
119
Vintergatans struktur:
• diskusliknande skiva, ca 2 kpc tjock,
ca 30 kpc i diameter.
• utbuktande kärna
med hög stjärntäthet
• antagligen stavform
+ spiralarmar
• sfärisk halo med klotformiga stjärnhopar
• korona med gles het gas Bilder: N ASA
• mörk materia
Spiralgalaxen NGC 1232
påminner om Vintergatan.
120
Två populationer av stjärnor i Vintergatan:
• Population I:
– stjärnor som rör sig i närapå cirkulära
banor i Vintergatanas plan
– yngre stjärnor
– nya bildas i spiralarmarna
• Population II:
– stjärnor i banor oberoende av Vintergatans plan, t.ex. klotformiga
stjärnhopar
– gamla stjärnor (t.o.m. ∼ 13 miljarder år gamla)
• De första stjärnorna som uppstod
betecknas med population III. Dessa
var troligen stora stjärnor som brann
slut snabbt ⇒ observeras inte i Vintergatan.
121
Vintergatans rotation:
• differentiell (inte
som fast kropp)
• följer Oorts lag
• det tar ca 250
miljoner år för solen att fullfölja ett
varv
• rotationskurvan avslöjar mängden
massa som finns i Vintergatan, mera
massa ⇒ snabbare rotation
• rotationskurvan antyder att det finns
stora mängder av mörk materia
Spiralarmarna:
• täthetsvåg: Uppstått genom gravitationell samverkan av all materia i
galaxen och kollisioner med mindre
galaxer
• ⇒ nya stjärnor bildas: Unga objekt
är koncentrerade till spiralarmarna
• mellan spiralarmarna: äldre population
I stjärnor
122
Vintergatans centrum:
• Troligen en klotformig stjärnhop med
en stjärntäthet tiotusentals gånger
större än solens omgivning
• I den innersta delen troligen ett massivt svart hål, M ≈ 2.5·106M⊙ (M⊙ =
solens massa)
• Vintergatans centrum, Sagittarius A*,
är osynligt visuellt (extinktionen),
men kan observeras med röntgen-,
infraröd- och radioteleskop
Sgr A* i röntgen (Chandra, NASA/CXC/MIT/
F.K.Baganoff et al.) och 20 cm:s radiovågor (VLA, National Radio Astronomy Observatory/AUI)
123
6.2
Vintergatans uppkomst
Observationer:
• Äldre stjärnor (de klotformiga stjärnhoparna) bildar ett sfäriskt system,
ju yngre stjärnor, desto mer koncentrerade till Vintergatans plan.
• Vintergatans äldsta stjärnor har en
ålder nära universums ålder.
• Rester av mindre galaxer som Vintergatan "svalt"
Rester av stjärnor
från en dvärg-galax,
och stjärnströmmar
i Vintergatans halo
(National Optical
Astronomy Observatories/SWIFT)
124
Modeller för Vintergatans uppkomst:
• "Uppifrån ned"-modellen
– Vintergatan uppkom strax efter
universums uppkomst ur ett enormt
roterande gasmoln.
– Gasmolnet komprimerades och fragmenterades ⇒ klotformiga stjärnhopar och Vintergatans centrum
bildades.
• "Nedifrån upp"-modellen
– Först uppkom många små galaxer
– Vintergatan bildades när dessa kolliderade och fusionerades
• Den interstellära materian komprimerades till rotationsplanet ⇒ diskusliknande struktur.
• Spiralarmarna uppkom genom samverkan
av stjärnornas och den mörka materians gravitation.
• I mitten av Vintergatan uppstod ett
svart hål, som samlade materia.
125
6.3
Vintergatans framtid
Vintergatan och Andromeda galaxen
närmar sig varandra med radialhastigheten
vr ≈ 300 km/s. ⇒ om ca 4 miljarder
år kommer de att mötas.
Möjligt scenario för en kollision mellan Vintargatan och Andromeda galaxen:
• Liten sannolikhet för kollision för
enskilda stjärnor
• Flera nära möten där galaxernas ytterdelar rör sig genom varandra
• En del stjärnor kastas ut från galaxerna eller övertas av den andra galaxen
under nära möten
• Till slut smälter galaxerna samman
till en större galax
• Starka gravitationella störningar ⇒
stjärnproduktionen ökar
• Massiva svarta hålen i centrum av
galaxerna kan aktiveras
• Slutresultat: Troligen en elliptisk galax
126
6.4
Klassificering av galaxer
Galaxernas storlek varierar:
• M ∼ 107 −1013M⊙ (normal materia)
• radien 0.5 - 100 kpc
Galaxer kan klassificeras enligt deras
form (Hubbles stämgaffel, STSci):
Hubbles klassificering är är ingen utvecklingssekvens, men det sker evolution
bland galaxerna.
127
• Elliptiska galaxer (E0, E1 ...):
– har formen av en ellips(oid)
– innehåller mycket lite gas
– roterar långsamt
– specialtyper: jätte-ellipser (cD)
och dvärg-ellipser (dE)
• Spiralgalaxer:
– central kärna
– tillplattad skiva med
spiralarmar
– innehåller 2 - 15 % gas
– roterar snabbt
– vanliga spiralgalaxer (Sa,Sb, Sc)
och stavspiralgalaxer (SBa, SBb, SBc)
• Linsformade galaxer:
– mellanform mellan de elliptiska och spiralgalaxerna
• Oregelbundna galaxer:
– innehåller ofta mycket gas
– två typer: Irr I och Irr II
128
6.5
Aktiva galaxer
Aktiva galaxer:
• har avvikande strålning
• kan ha extremt hög luminositet
• ofta (radio) synkrotronstrålning
• ex. radiogalaxer (elliptiska galaxer)↓,
seyfertgalaxer↓ (oftast spiralgalaxer)
N GC 1097 i inf rarött N GC 5532 , optiskt och radio
Bilder: Gemini Obs./N OAO/AbuT eam, N RAO/AU I
• aktiviteten anses vara tecken på massiva svarta hål i galaxernas kärna.
129
Kvasarer(= kvasistellära objekt):.
• Mycket avlägsna extremt starka punktlika ljuskällor.
• Strålningen kan motsvarar hundratals
galaxer och kommer från ett område som motsvarar solsystemets storlek. ⇒ Massivt svart hål.
• Man har identifierat galaxer runt
de flesta kvasarerna ⇒ kvasarerna
är extremt aktiva galax-kärnor.
• Kvasarer ofta i galaxer som störts
gravitationellt (nära passage eller
kollision med en annan galax).
• Kvasarer förekom mest då universum var ca 2 miljarder år gammalt.
Q2345+007A,B
(röntgen, Chandra)
Kvasaren 3C 273 och
dess värdgalax (Hubble ST )
130
6.6
Galaxhopar
Galaxerna är inte jämt
fördelade i rymden utan
samlade i grupper och
hopar Bild: ESO. 7−→
Vintergatan tillhör
den lokala gruppen:
• > 50 galaxer
• tre stora: Vintergatan, M31 och M33
• de två första har åtminstone 14 resp.
24 följeslagare; dvärgellipser eller små
oregelbundna
• Vintergatans följeslagare: Bl.a. Stora
och Lilla Magellanska molnen
131
Galaxhopar: ett större antal galaxer
(minst 50 ljusstarka galaxer):
• Ex. Virgo- och Coma-hopen.
• "Kollisioner" / nära växelverkan inom hopen. Ex.:
Vintergatan och Andromedagalaxen möts om ca 4
miljarder år.
• Stora elliptiska galaxer N GC 4038/9 (HST )
kan ha uppstått genom
kollisioner
• Galaxgrupper och -hopar bildar större
system: superhopar
• Den lokala gruppen för till Virgo superhopen
• Större enheter än superhopar finns
inte
132
• Superhoparna och hoparna bildar
en nätaktig struktur: Hoparna bildar "kedjor" eller "väggar", mellan
vilka det finns tomma områden.
Distributionen av galaxer inom 100 Mpc (More
et al. 1992), distributionen av rödskiftning för
4000 galaxer (Geller & Huchra 1989)samt
infraröd panoramabild med Vintergatan i förgrunden (Jarrett, IPAC/CALTECH).
133
6.7
Gravitationslinser
Gravitationen kröker rymden ⇒ ljuset
böjs ⇒ gravitationslins:
• Gravitationslinser kan förstora och
förvränga bilden av t.ex. galaxer
som finns bakom linsen (t.ex. en
galaxhop)
• Då ljuset böjs vid mindre kroppar,
t.ex. av planetstorlek ⇒ mikrolinser.
• Med gravitationslinser kan man mäta:
– rymdens krökning
– massan för galaxer
och galaxhopar
– avstånd
– mörk materia
Bilder: N CSA, ST ScI
134
