Stof en gas in de Melkweg

Stof en gas in de
Melkweg
Tuesday, 7 May, 2013
Stofwolken
Galactische centrum
Onzichtbaar door interstellair stof.
Extinctie bij visuele golflengten:
AV ~ 30 mag (factor 1012 !)
http://home.arcor-online.de/axel.mellinger/
Tuesday, 7 May, 2013
Stof in andere sterrenstelsels
Zijaanzicht (“edge-on”) spiraalstelsel: NGC 891
Het stof bevindt
zich meestal in een
dunne laag.
Dikte ~50-100 pc
Tuesday, 7 May, 2013
Bovenaanzicht
(“face-on”)
spiraalstelsel M83
(NGC 5236)
Stofwolken bevinden zich
meestal in de spiraalarmen.
Tuesday, 7 May, 2013
Extinctie van licht door stof
• Combinatie van verstrooiing (“scattering”) en
absorptie van licht
• Geabsorbeerd licht wordt opnieuw uitgezonden
bij langere golflengten (infrarood straling)
• Albedo ~ 0.6
-- De stofkorrels zijn bijna wit!
Albedo’s
- de Maan ~ 0.12
- Asfalt ~ 0.12
- Nieuw beton ~ 0.55
- IJs 0.5 - 0.7
Tuesday, 7 May, 2013
Stofkorrel verzameld door NASA
U2 vliegtuig
SiC stofkorrels uit Murchison meteoriet
(A. Davies, http://geosci.uchicago.edu/people/davis.shtml)
Tuesday, 7 May, 2013
Waar komt het stof vandaan?
Complexe levenscyclus
Stof wordt geproduceerd in de
atmosferen van koele sterren (rode
reuzen, AGB sterren).
Aan het einde van de levensduur
van een ster wordt het stof weer
met het interstellaire gas gemengd.
Verder is er ook binnen de
moleculaire wolken een complexe
chemie.
http://homepage.univie.ac.at/peter.woitke/AGB_popular.html
Tuesday, 7 May, 2013
Extinctie van licht door stof
kleine korrels (diameter << λ):
• Zeer
- Rayleigh verstrooiing
- werkzame doorsnede σ(λ) ~ λ-4
- verstrooiing afhankelijk van golflengte - licht van korte golflengten
wordt veel meer verstrooid
grote korrels (diameter >> λ):
• Zeer
- werkzame doorsnede is onafhankelijk van golflengte
• Typische grootten ~ 1 μm - vergelijkbaar met
golflengte van zichtbaar licht.
Tuesday, 7 May, 2013
Tuesday, 7 May, 2013
Stofwolk: Barnard 68
APOD 2006 April 9
Tuesday, 7 May, 2013
Interstellaire “cirrus”
Opname in infrarood licht.
Stof is hier direct zichtbaar.
Temperatuur ~ 10-100 K
Emissie bij ~ 30-300 μm
Volgens Wien’s wet:
max
Tuesday, 7 May, 2013
2900 µm K
=
T
Reflectienevel - Pleiades
Licht van heldere sterren
wordt door stof
gereflecteerd/verstrooid.
Blauwe kleur gevolg van
(Rayleigh) verstrooiing
Tuesday, 7 May, 2013
Ruimtelijke verdeling van gas/stof is zeer onregelmatig!
50 pc
Orion Molecular Complex (Wilson et al. 1995, A&A 430, 523)
Tuesday, 7 May, 2013
Optische diepte
Lichtbundel van
intensiteit I0+dI
dI =
Lichtbundel van
intensiteit I0.
↵IdX
of
dI
=
dX
↵I
dX
Tuesday, 7 May, 2013
Optische diepte
Lichtbundel van
intensiteit I(X)
dI =
Lichtbundel van
intensiteit I0.
↵IdX
of
dI
=
dX
↵I
Dus
I(X) = exp( ↵X)I0
↵X = ⌧
Tuesday, 7 May, 2013
= optische diepte
X
Extinctie en optische diepte:
Stofwolk
Waarnemer
F = F0e
tl
tl
In magnitudes:
m = m0 + A
A ⇡ 1.09 ⌧
(zie opdracht)
Extinctie is optelbaar als wij met magnitudes werken.
Tuesday, 7 May, 2013
Nog een paar definities
Wij gebruiken subscript ‘0’ voor kleuren/magnitudes die voor
extinctie gecorrigeerd zijn:
mB = m0,B + AB
Of gewoon:
mV = m0,V + AV
mV ⌘ V, mB ⌘ B, etc.
Kleuren:
B V = (B0 + AB)
= (B
(V0 + AV ) = (B
V )0 + E(B
V )0 + (AB
V)
E(B-V) = AB-AV = verroding
Tuesday, 7 May, 2013
AV )
Afhankelijkheid van golflengte bepalen
Unreddened star
Reddened star
Al =
2.5 log Fl/Fl,0
Gordon et al. 2003, ApJ 594, 279
Tuesday, 7 May, 2013
Spectra van gelijke
sterren zonder en met
verroding vergelijken
UV “bump”: waarschijnlijk heel kleine
grafietkorrels (~50 atomen)
log Al/AJ
IR “bump”:
Silicaatkorrels?
zichtbaar licht
Binney & Merrifield, “Galactic Astronomy”
Tuesday, 7 May, 2013
1985ApJ...288..618R
verroding
totale extinctie
Veel minder extinctie bij
langere golflengten
λ ≫ λ V:
AV-Aλ ≈ AV
Rieke & Lebofsky 1985, ApJ 288, 618
Tuesday, 7 May, 2013
Extinctie door stof in de Melkweg
• Schlegel et al. 1998, ApJ 500, 525:
Waarnemingen van infrarood emissie door
COBE en IRAS satellieten (100 μm, 240 μm)
• Verroding bij Galactische polen:
E(B-V) = 0.015 mag (NGP) and 0.018 mag
(SGP)
Tuesday, 7 May, 2013
NGP
SGP
Verdeling van stof in de richting van NGP en SGP
(Schlegel et al. 1998).
Veel structuur op alle schalen!
Tuesday, 7 May, 2013
Het Galactische centrum
AV ~ 30 mag (FV ~ 10-12 FV,0)
AK ~ 3 mag (FV ~ FV,0/15)
Tuesday, 7 May, 2013
Baade’s window:
Gebied met relatief weinig stof hier zijn sterren tot relatief
dichtbij het centrum zichtbaar.
B.W. is ongv. 4o (600 pc) van het
galactische centrum.
http://www.astro.ucla.edu/~tanner/gcsize.html
Tuesday, 7 May, 2013
Infrarood opname (3.6, 4.5, 4.8, 8.0 μm)
1o ~ 150 pc
Tuesday, 7 May, 2013
20 pc
Tuesday, 7 May, 2013
Tuesday, 7 May, 2013
In het centrum bevindt
zich een zeer compacte
sterhoop
Totale massa ~107 M⊙,
Dichtheid ~106 M⊙ pc-3
De centrale sterhoop
bevat Wolf-Rayet sterren
- moet slechts een paar
miljoen jaar oud zijn!
Infrarood opname (1.2-2.2 μm), Genzel et al.
(http://www.mpe.mpg.de/ir/GC/index.php)
Tuesday, 7 May, 2013
Sterren in het centrum
Genzel et al.:
Infrarode waarnemingen
door ESO NTT and VLT
telescopen.
Sterren draaien rond een
zwaar, onzichtbaar
voorwerp (massa ~ 3.6
miljoen M⊙, rode kruis).
Vergelijkbare resultaten
door onderzoeksgroep van
A. Ghez aan de UCLA
(Keck telescoop)
Tuesday, 7 May, 2013
Het centrale voorwerp
Stel
lar c
luste
r
De ster S2 bereikt een
afstand van slechts 17 lichtuur (124 AU) vanaf het
centrale voorwerp.
Schödel et al. 2002, Nature 419, 694
Tuesday, 7 May, 2013
Dat is nog 2100 keer the
Schwarzschild radius van
een zwart gat met een
massa van 3x106 M⊙, maar
er zijn geen andere
bekende mogelijkheden.
Het Galactische centrum: radio golflengten
Tuesday, 7 May, 2013
Het Galactische centrum: radio golflengten
Sag A East
Sag A West
Sag A*
10 pc
Tuesday, 7 May, 2013
5 pc
Sag A*:
- Zeer compacte bron van radio-emissie
- Variabel op tijdschalen van ~ 10 min.
- Moet kleiner dan 1.2 AU (~20 RSchw) zijn
Structuur van de Melkweg
Halo
Dunne schijf
Dikke schijf
Galactische centrum:
Zwart gat
Tuesday, 7 May, 2013
Zwarte gaten in andere
sterrenstelsels: “AGN”
Tuesday, 7 May, 2013
Tuesday, 7 May, 2013
M87: optische en LOFAR beelden
Tuesday, 7 May, 2013
Tuesday, 7 May, 2013
Structuur van de Melkweg
Halo
Centrale verdikking
Dunne schijf
Dikke schijf
Galactische centrum:
Zwart gat
Tuesday, 7 May, 2013
De “bulge” (centrale verdikking)
Blauw=J (1.2 micron)
Groen=H (1.6 micron)
Rood=K (2.2 micron)
Tuesday, 7 May, 2013
Leeftijden van sterren in de Bulge
Infrarode kleurmagnitude diagrammen.
CMD van bulge sterren lijkt op
die van een (metaalrijke)
bolvormige sterhoop (NGC
6528).
Bulge is oud - ongeveer 10 Gyr.
Geen of weinig jonge sterren.
Zoccali et al. 2003, A&A 399, 931
Tuesday, 7 May, 2013
De bulge is een balk!
Verdeling van licht is
asymmetrisch.
De centrale verdikking
is balkvormig. De
westkant is dichterbij,
dus helderder
Tuesday, 7 May, 2013
Lagere dichtheid
Hogere dichtheid
Tuesday, 7 May, 2013
1992ApJ...384...81W
Verdeling van AGB (“asymptotic
giant branch) sterren in de schijf.
Zon
Weinberg 1992
Tuesday, 7 May, 2013
De hoek tussen de hoofdas
van de balk en de richting
naar het galactische centrum
is rond de 36o.
Blitz et al. 1993
Tuesday, 7 May, 2013
© 1993 Nature Publishing Group