Galaxies in the Universe: An Introduction

Sterrenstelsels 2005-2006
Docent: 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!
Very Large
Telescope
• 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
Hubble Space
Telescope
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)
  1 / d met d in parsec
en  in arcsec
parallax
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 helderheidsverdeling 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 centrum
melkweg bedraagt
13.5 kpc in de richting
van Sagittarius
Verdeling van bolhopen
Edwin Hubble (1889-1953)
• 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=Hxr
• Classificatie sterrenstelsels
Edwin Hubble bij de 48 inch
Telescoop op Mount Palomar
Lindblad (1895-1968) en
Jan Oort (1900-1992)
• Kapteyn: “sterstromen”
• Lindblad en Oort (1927):
gevolg van differentiele rotatie
van ons Melkwegstelsel 
“plaatje” Melkwegstelsel
Jan Oort
Snelheden interstellair waterstof gas
worden gemeten met nieuwe radio
telescopen; hier de opening van de
25m telescoop in Dwingeloo door
Koningin 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
• Eigenschappen van sterren (L, T, R, M, …)
• Bouw en evolutie van sterren
• Sterrenhopen
• Afstandsbepaling (parallax, Cepheiden)
Open sterrenhoop:
De Pleiaden
Ons Melkwegstelsel
• Verschillende componenten: schijf, bulge, halo, bolhopen
• Sterpopulaties
• Lichtkracht- en massafunctie
• Interstellaire medium en extinctie
Bolhoop M3
M31
Melkwegstelsels in een expanderend heelal
• Verschillende soorten melkwegstelsels
• Expansie: wet van Hubble
• 3K achtergrondstraling
• Van oerknal tot nu
• Simpele heelalmodellen
Hubble classificatie schema
Wet van Hubble
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
Viriaaltheorema:
2 KE  PE   Fext .x  0


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
• AGN, Seyfert, radio stelsels
• Synchrotron emissie
• Starburst galaxies
• Superluminal motion, jets
• Zwarte gaten
Cartwheel
M87
Quasar absorptie lijnen
• Quasars
• Damped Lyman alpha systems, Lyman alpha forest
• Gamma-ray bursts